2004诺贝尔奖评述：最小粒子获得最高荣誉

http://www.sina.com.cn 2004年10月13日 09:52 科学网
2004年10月5日，瑞典皇家科学院宣布将2004年的诺贝尔物理学奖授予美国加州大学圣巴巴拉分校卡夫利理论物理研究所的戴维·格罗斯、加州理工学 院的戴维·波利策，以及麻省理工学院的弗兰克·维尔切克教授，以表彰他们发现了粒子强相互作用的理论中的渐近自由现象。
夸克是目前已知的组成物质世界的最小的粒子，它构成了原子核中质子和中子，科学',1)">
家们认为能将原子核组合一起的力一定非常强，因此将原子核中夸克间的相互作用力称为强作用力。诺贝尔物理学奖的评委们将三位科学家的发现称为“夸克世界中的一个灿烂发现”。三位科学家将平均分享130万美元的奖金。
在黑暗中探索
构成自然界的最小粒子是什么？这些粒子如何构成我们所看到的万事万物？自然界中存在着什么样的作用力，它们之间是如何相互作用的？这些问题一直困扰着20世纪的物理学家，并仍然对那些在大型粒子加速器上工作的实验物理学家和理论物理学家构成挑战。
诺贝尔物理学奖的颁发让人们回忆起了粒子物理学发展的黄金时期，这一时期从第二次世 界大战结束到20世纪80年代为止，在这一时期物理学家们不停地在粒子加速器和黑板上倾泄他们的激情，他们已经认识到自然界除重力之外还有三种基本力，即 与光和化学有关的电磁力，与辐射衰变有关的弱作用力和将原子核组合在一起的强作用力。
1964年，加州理工学院的理论学家默里·盖尔曼博士和哈佛大学的乔治·兹韦格博士 分别提出理论认为，构成原子核的质子和中子并不是基本粒子，而是由比它们更小的粒子组成的，盖尔曼将这种粒子称为夸克。但是，人们从来没有看见过单独存在 的夸克，物理学家推测将夸克结合在一起的力一定非常强大。因此，他们也将强作用力称为“色力”，认为它是原子核内具有统治地位的力量。但与此同时，粒子加 速器上的实验却显示质子中的夸克粒子间好像并没有相互作用力。这是怎么回事呢？维尔切克说：“开始时，这看起来像是一个矛盾。”麻省理工学院的罗伯特·贾 弗博士说：“这被当作是一件荒谬的事，大自然用从未看见的东西创造了世界。我们怎么从未得到过夸克？这混淆我们以前对世界的看法。”
到了20世纪70年代初期，物理学家们仍然在黑暗中探索强相互作用力，他们面临一个 让他们头痛的问题，用于研究弱作用力的无限应对技术(infinity-coping techniques)不能应用于强作用力。1973年，三位物理学家提出了强作用力理论中的渐近自由现象，让这一问题应刃而解。
让“荒谬的世界”变得“有序”
1973年，正在普林斯顿大学攻读博士学位的22岁的维尔切克和32岁的导师格罗斯 共同发表了一篇论文，提出强作用理论中的渐近自由现象，不久后他们得知，正在哈佛大学攻读博士学位的波利策同年独立发表的一篇论文也提出了同样的理论。贾 弗认为1973年的这两篇论文让“荒谬的世界”变成了“有序的世界”。
三位物理学家用完美的数学公式提出了一种新理论。乍一看，他们的理论是完全矛盾的， 因为对他们的数学结果的解释表明，夸克间的距离越近，强作用力越弱。当夸克间彼此非常接近时，强作用力是如此之弱，以至它们的行为完全就像自由粒子。物理 学家们将这种现象称为“渐近自由”，即渐近不缚性。反过来也是正确的，即当夸克间的距离越大时，强作用力就越强。这种特性可用橡皮带的性质来比喻，即橡皮 带拉得越长，作用力就越强。
渐近自由理论解释了质子和中子的成分夸克为何从来都不会分离。这一发现导致了一个全 新的理论——量子色动力学的诞生。这一理论对标准模型有着重要的贡献。标准模型描述了与电磁力、强作用力、弱作用力有关的所有物理现象，但它并没有包括重 力。在量子色动力学家的帮助下，物理学家终于能够解释为什么夸克只有在极高能的情况下它才会表现为自由粒子。在质子和中子中，夸克总是像“三胞胎”一样出 现。
迟到的奖励
科学界认为这三位科学家早就应该获此奖励。在麻省理工学院举行的新闻发布会上，维尔 切克说这一奖励是对寻求世界本质的努力的认可，他说：“这是我们文化中真正的珍宝，我们能用这样的方式来认识自然，您会发现这是多么美妙的事件。”“可是 当时这一理论并不是突破性的发现，许多人认为我们的理论是古怪的，我们不得不花费大量的精力来做解释工作。”
提到有关统一弱作用力和电磁力的工作已经数次获得诺贝尔物理学奖，格罗斯说他很高兴并很骄傲有关强作用力的工作也获得了诺贝尔奖。他说：“从很多方面看，我这是标准模型中最美丽的一部分，作用力越强越激动人心。”
波利策被加州理工学院的官员们形容为一个害羞的人，他拒绝出席诺贝尔奖公布当日召开的新闻会议，也拒绝接受采访。但他并不是完全不习惯于聚光灯，在1989年由保罗·纽曼主演的描述原子弹建造过程的电影《肥男人与小男孩》中，波利策扮演了一名物理学家。
维尔切克希望诺贝尔奖能重新燃起美国教育对培育杰出人才的承诺。他说：“我要感谢美国，它提供的公共教育让我受益良多。”(王丹红／编译)
欧文·罗斯
国籍：美国
出生：1926年
学位：1952年 芝加哥大学博士
获得成果时间和地点：20世纪70年代末和80年代初，美国费城福克斯·切斯癌症研究中心
获奖年龄：78岁
现任职地点：加州大学尔文分校
阿龙·切哈诺沃
国籍：以色列
出生：1947年
学位：1981年　以色列工学院医学博士
获得成果时间和地点：20世纪70年代末和80年代初，以色列工学院和美国费城福克斯·切斯癌症研究中心
获奖年龄：57岁
现任职地点：以色列工学院
阿弗拉姆·赫尔什科
出生：1937年
国籍：以色列
学位：1969年　耶路撒冷希伯来大学医学博士
获得成果时间和地点：20世纪70年代末和80年代初，以色列工学院和美国费城福克斯·切斯癌症研究中心
获奖年龄：67岁
现任职地点：以色列工学院