(節(jié)選)
中國科學(xué)院研究生院蘇剛教授在《2009科學(xué)發(fā)展報(bào)告》上發(fā)表了題為“揭開大自然隱藏對稱性的奧秘——2008年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)評述”的文章,對2008年諾貝爾物理獎(jiǎng)得主南部陽一郎發(fā)現(xiàn)亞原子物理中對稱性自發(fā)破缺機(jī)制的過程、2008年諾貝爾物理獎(jiǎng)得主小林誠和益川敏英發(fā)現(xiàn)對稱性破缺的起源進(jìn)行了評述。
文章首先介紹了對稱性破缺的概念。物理本質(zhì)是對稱的破缺。當(dāng)系統(tǒng)由于某種原因失去了原有的對稱性后,一定會進(jìn)入另一個(gè)與之前完全不同的狀態(tài),這就是對稱性破缺的概念。對稱性破缺是貫穿物理學(xué)一個(gè)重要而基本的概念,對稱性破缺就意味著出現(xiàn)有序相。
超導(dǎo)態(tài)是一個(gè)對稱性自發(fā)破缺的態(tài)。1957年,美國三位物理學(xué)家巴丁、庫柏和施里弗提出了著名的BCS超導(dǎo)理論。南部陽一郎在BCS超導(dǎo)理論提出以后,花了兩年時(shí)間去理解超導(dǎo)態(tài)中的規(guī)范對稱性如何破缺,從而發(fā)現(xiàn)了場論表述下的對稱性自發(fā)破缺。南部在1960年提出在基本粒子的量子場論中也存在著對稱性自發(fā)破缺,并通過引入某種未知場的真空期望值,建立了強(qiáng)相互作用理論。其后,南部及其合作者提出了基于SU(3)規(guī)范群的強(qiáng)相互作用的非阿貝爾規(guī)范理論。
1972年日本科學(xué)家小林誠和益川敏英根據(jù)格拉肖-薩拉姆-溫伯格的電弱理論標(biāo)準(zhǔn)模型,研究了電荷宇稱破壞問題,最終在一個(gè)3X3的矩陣中找到了答案。小林-益川三十多年前的理論預(yù)言與實(shí)驗(yàn)驚人一致,表明自然界的基本組成來自于三個(gè)家族,同時(shí)發(fā)現(xiàn)了電荷宇稱破壞就是用于區(qū)分物質(zhì)與反物質(zhì)的基本物理規(guī)律。小林-益川理論之重要性,可能對宇宙起源的探索提供了深刻啟示。137億年前發(fā)生的大爆炸導(dǎo)致了宇宙的誕生,其根源可能來自于迄今尚不清楚的對稱性破缺。
文章最后指出,2008年諾貝爾物理獎(jiǎng)的獲獎(jiǎng)成就雖然從理論上揭開了大自然隱藏對稱性神秘的面紗,闡明了物質(zhì)粒子質(zhì)量的可能來源,但還面臨著許多未解之謎的挑戰(zhàn),人類對大自然奧秘的探索仍然任重道遠(yuǎn)。
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