標籤:宇宙學 物理學 諾貝爾獎

對稱破缺(英文名:broken-symmetry)的概念在上世紀六七十年代就被引入基本粒子物理學,用最簡單的話來說,該觀念使數學形式保持對稱,而使物理結果保持不對稱。「標準模型」就建立在具有對稱破缺的規範理論的基礎之上。其中需要注意的是,系統表現的對稱性減少,通常與相變相關。

1何謂「對稱破缺」

「對稱破缺」是量子場論的重要概念,對探索宇宙的本原有重要意義。它包含「自發對稱破缺」和「動力學對稱破缺」兩種情形。
根據已知理論,大約137億年前,宇宙在一次「大爆炸」中誕生。之後,夸克、電子等粒子和同樣數量質量但電荷相反的反粒子構成了物質。粒子和反粒子一旦碰撞,將在釋放能量后「同歸於盡」。因此,如果兩者始終並存,宇宙中的物質最終將消失殆盡,甚至人類自身都將不會存在。但是,現在的宇宙中只有粒子「倖存」,沒有發現反粒子。科學家發現,除電荷相反外,粒子和反粒子還存在其他微小差異,這種性質差異被稱為「對稱破缺」,這也就是反粒子倖存率為什麼不如粒子的關鍵原因。

2科學家的觀點

今年的物理學獎背景介紹即以《對稱破缺》為題,充滿歷史感的陳述長達20頁。
對稱的觀念古已有之,它影響了人類早期的音樂、美術等各種藝術形態,進入19世紀,對稱開始對科學界產生重要影響,成為晶體學、分子學、化學、物理學等現代科學的中心觀念。
在經典物理學中,各種形式的對稱定律已經確認和應用,然而直到量子力學出現,對稱原理才擔任起一個本質性的角色。
物理學定律此前一直顯示出左右之間完全對稱,這種對稱可以形成為一種守恆定律,稱之為宇稱(P)守恆,1954年出現的θ-τ難題卻導致了宇稱不守恆定律的提出,楊振寧和李政道因此項工作共同獲得了1957年諾貝爾物理獎。
解決宇稱不守恆的辦法一度是引進電荷C,得到CP守恆,而芝加哥大學的克羅寧(JamesCronin)和普林斯頓大學的菲奇(ValLFitch),卻於1964年在中性K-介子衰變中發現CP破壞,他們也因此獲得了1980年諾貝爾物理獎。
朝永振一郎的觀點
很本分、很深刻的一位物理學家
南部陽一郎出身東京大學物理系,師承1965年諾貝爾物理獎得主朝永振一郎,二戰後不久赴美,1956年開始任教於芝加哥大學。2008年10月7日物理獎宣布后不久,芝大的網站即迅速更新了頭條,慶賀他們又多了一位諾獎獲得者。
皮埃爾·居里的觀點
南部獲獎的原因是「發現了亞原子物理的對稱自發性破缺機制」。所謂對稱性自發破缺,指的是一個物理體系的拉氏量具有某種對稱性,而基態卻不具有該對稱性。這個概念最早出現在凝聚態物理中,如超導現象就是一種對稱性破缺。20世紀初,皮埃爾·居里發現在居里溫度下超導物質表現出了這項特質。
克羅寧的觀點
克羅寧對南部評價如下:他總是走在同時代的前面,他的發現被認為是別人需要用更久的時間才能發現的。
這一評價對於其他兩位獲獎者同樣適用。64歲的小林誠是日本高能源加速器研究機構(KEK)的名譽教授,68 歲的益川敏英是京都大學名譽教授,擔任過湯川理論物理研究所(YITP)所長。他們獲獎的理由是「發現對稱破缺的起源,預測自然界存在第三族夸克」。
「小林-益川理論」對宇宙中只見正物質不見反物質的解釋是,夸克的反應衰變速率不同,並在30多年前就作出過宇宙中存在6種夸克的預言,而當時被發現的夸克只不過3種而已。之後同行根據他們的預言不斷努力,1974年粲夸克被發現,1977年底夸克被發現,1995年頂夸克也終在費米實驗室的Tevatron加速器上被找到了……這些實驗成果毫無疑問說明了兩人是多麼有洞察力。
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