1979年诺贝尔物理学奖

2023年12月9日发(作者：汨罗面试数学试卷分析结果)

1979年诺贝尔物理学奖

1979年物理学奖，由三位物理学家分享，他们是美国的谢尔顿·格拉肖（Sheldon w）、史蒂文·温伯格（Steven Weinberg）和巴基斯坦的阿布杜斯·萨拉姆（Abdus

Salam），以表彰他们关于基本粒子间弱相互作用和电磁作用的统一理论（电弱统一理论）的贡献，并预言了弱中性流的存在。

谢尔顿·李·格拉肖（Sheldon Lee Glashow，1932—），出生于美国纽约。父亲为了躲避沙俄对犹太人的迫害，年轻时从俄国移居到美国，当了一名管钳工。格拉肖有两个哥哥，比他大十几岁。父母和哥哥都很喜欢他，给他创造了较好的条件，让他学习科学。他在家里的地下室有自己的化学实验室，从小就对科学有强烈的兴趣。1947年格拉肖进纽约的布朗克斯理科中学，温伯格是他的同窗好友。格拉肖酷爱读书，并组织了一个科学幻想俱乐部，出版了中学科学幻想杂志。1950年，格拉肖和温伯格一起进入康奈尔大学。格拉肖对那里的本科教学不大满意，因为有名的教授都去给研究生开课，于是就在三四年级时选修了经典电磁理论、量子场论之类的研究生课程，他还经常参加学术报告会。和中学时一样，他喜欢和同学们讨论问题。1954年，格拉肖大学毕业，进入哈佛大学，选择了著名物理学家施温格当自己的导师。在施温格的指导下，格拉肖选择“基本粒子衰变中的矢量介子”作自己的博士论文题目，1958年获得博士学位。后得到一笔美国科学基金会的资助，去丹麦的理论物理研究所，在那里做1

了两年的研究工作。就是在这段时期，他发现了关于弱电统一理论的SU（2）×U（1）模型。

这项重要工作实际上在做博士论文时就已有准备，他在论文附录中就提到了电弱统一的思想，而这一思想正是他的导师施温格首先倡导的。1956年，施温格就已开始考虑电弱统一理论。这件事的由来还应追溯到李政道和杨振宁对弱相互作用中宇称不守恒的发现。这一发现促使人们认识到弱相互作用是普适的V-A型理论，并使人们注意到弱相互作用和电磁相互作用之间有某种共同点，从而进一步考虑两者之间的统一性。1957年，施温格在发表的论文中提出，弱相互作用是由光子和两个矢量玻色子传递的，这三种粒子应该组成三重态。这个理论因为本身的缺陷：是张量型的而不是V-A型的，又没有考虑到弱中性流，因此没有成功。1958年，格拉肖把他的博士论文附录扩展为以“矢量介子相互作用的可重正性”为题的论文，他主张弱电统一理论应以杨振宁-米尔斯（）的规范场理论为基础。在这篇论文中他还试图证明杨-米尔斯理论是可重正的。这一年，格拉肖到英国就自己对电弱统一理论的看法作了一次学术报告，听众中有来自巴基斯坦的萨拉姆。萨拉姆也是受施温格的启发正在研究统一电弱相互作用的问题，并对重正化大伤脑筋，因为他和他的合作者一时还无法克服无穷大的问题。当他听格拉肖说到自己的理论是可重正化时，竟大为惊奇，于是仔细研究了格拉肖的做法，结果发现格拉肖的论文有错误。

格拉肖并没有因为这件难堪事而灰心，他继续进行电弱统一理论的研究。1960年，格拉肖发现描述电弱相互作用的2

规范群必须大于SU（2）。由此他想出了一条通向可重正化的方案，即在SU（2）×U（1）群中有两个电中性的传播子，一个是无质量的光子，另一个是有质量的中性矢量介子。格拉肖把这个想像中的中性矢量介子称为B。他把这些思想写成论文“弱相互作用的部分对称性”。这篇论文与1958年写成的那一篇不同之处在于，他假设弱电统一规范粒子是四个，而前一篇假设的是三个，即一个矢量玻色子的三重态。他现在假设应该在三重态之外再引入一个中性的矢量玻色子。也就是说，还存在有一种全新的弱相互作用，是由假设中的中性矢量玻色子传播的。这一矢量介子B多年后才得到证实，人们称之为Z。

然而，格拉肖的理论仍然没有得到人们的认可，主要原因当然是他假设的B矢量介子一时得不到证实，而且他的理论仍然是不可重正的，他把量子电动力学和杨-米尔斯的规范场理论这两种理论联合成一体，可是电磁作用力宇称守恒，而弱相互作用宇称不守恒，有点自相矛盾。格拉肖没有气馁，1961年又写了一篇论文讨论电弱统一理论。后来，他的同学温伯格和正在英国的萨拉姆继续推进这项研究，使之达到了完善。

史蒂文·温伯格（Steven Weinberg，1933—），与格拉肖一样出生于美国纽约，他比格拉肖小几个月。和格拉肖一样，温伯格也是从小热爱科学，后来两人一起念中学和大学，在他们的集体中还有一位物理学家，名叫费恩伯格（rg）。费恩伯格和温伯格后来还一起研究过μ介子，并联名发表过几篇论文。三人从小要好，都是中学科学3

0幻想俱乐部的成员，经常聚会，讨论科学问题。在大学期间，温伯格选定理论物理学作为自己的专业。1954年他拿到学士学位，随后去哥本哈根的尼尔斯·玻尔研究所攻读研究生。1955年，他回到普林斯顿大学，在特雷曼（n）教授指导下攻读博士学位，论文题目为“强相互作用在衰变过程中的作用”，内容是关于重正化理论在弱相互作用过程中强相互作用效应的应用。可见，重正化在他的研究中占有重要地位。1957年—1959年，温伯格在哥伦比亚大学当博士后，以后又到伯克利加州大学工作。1966年，温伯格离开伯克利，接受了哈佛大学提供的讲师职位。1967年他成为麻省理工学院的客座教授。1973年，温伯格成为了哈佛大学的希金斯教授。1979年，温伯格提出了对量子场论重整化的现代观点，认为所有的量子场论都是有效理论，并且改变了对以往理论（包括他自己在1967年文章中提出的理论）的看法，提出合理的量子场论都应该是可重整的。这个观点开辟了一系列有效理论的发展，包括量子引力、低能QCD和重夸克有效场论，它在目前的研究中仍然有相当的吸引力。1982年，温伯格作为一个基金会的科学部主席来到德州大学奥斯汀分校，并且成立了该物理系的理论组。2008年，温伯格在1976年提出的一种新的强相互作用再度成为热点，因为LHC（大型强子对撞机）计划开始运行，它作为一个待解决问题有可能被观测到。

1967年，温伯格在麻省理工学院工作期间，开始研究电弱统一理论。他导出了π介子散射长度的一般结果，解决了计算形状因子的问题。他研究了强相互作用破坏SU（2）×U（2）对称性的含义。他认为SU（2）×U（2）对称性也许不4

仅是整体对称性，很可能是定域对称性。也就是说，强相互作用有可能用像杨-米尔斯理论之类的形式来描述。在此基础上他提出一个模型，模型中起传播作用的是介子三重态。在研究中他发现了谐函数求和的规则。然而，SU（2）×U（2）理论不是规范不变的，因此不能重正化。要使理论满足规范不变性，轴矢量介子应为重粒子，ρ介子是无质量的，π介子应该不存在。可是，这样似乎又与实验数据相矛盾。

1967年秋季的一天，温伯格在开车时偶然闪现出一道思想火花。为什么不可以把强相互作用的数学工具用在弱相互作用和中间矢量玻色子的问题上呢？没有质量的粒子不是ρ介子，而应该是光子，伴随着它的不是轴矢量介子，而应该是有质量的中间玻色子。而中间玻色子是传递弱相互作用的，这样一来，弱相互作用和电磁相互作用就可以在规范对称性的思想下统一地描述。于是，温伯格就开始构筑弱电统一规范理论，并利用对称性自发破缺机制（黑格斯机制）解释了光子和中间玻色子的质量差异。这一模型与格拉肖在1961年提出的模型具有相同的结构，这两个模型都预言了当时尚未发现的轻子之间的相互作用，现在称为中性流，通过Z传播。1973年实验上发现了Z，验证了电弱统一理论。温伯格提出这一理论的文章是到2010年为止粒子物理学中引用率最高的理论文章。

当温伯格向公众发表自己的新理论时，萨拉姆也提出了相同的理论。

阿布杜斯·萨拉姆（Abdus Salam，1926—1996）出生于原属印度的旁遮普邦（今属巴基斯坦）农村的书香门第家庭。5

00他从小受到良好的教育，被誉为神童，6岁半就进了小学四年级，14岁以优异成绩中学毕业，得奖学金上了旁遮普大学，1946年获得数学硕士学位。同年进入英国剑桥大学，并从数学转修物理。他对狄拉克十分崇拜，打算做一名理论物理学家。同时他也注重实验，一度进入卡文迪什实验室学习和工作，不过最后还是回到理论研究方面。1952年在剑桥大学获哲学博士学位。1957年以后任伦敦帝国学院理论物理学教授。1959年被选为英国皇家学会会员。1956年—1974年任巴基斯坦原子能委员会委员。1961年又先后任巴基斯坦总统首席科学顾问和科学委员会委员。1971年任联合国科技咨询委员会主席。1973年当选国际理论物理和应用物理协会副主席。萨拉姆于1996逝世于英国牛津的寓所。

1950年，萨拉姆发表了论文“三场重正化问题中的微分恒等式”， 提出了消除理论中出现的某些发散（交缠无穷大）的方法，由此发展了重正化方法，并用之于介子场。20世纪60年代上半叶，他研究了规范场理论和黑格斯机制，并在1968年独立提出了通过黑格斯机制使中间玻色子获得静止质量的电弱统一规范理论，即通常所说的温伯格-萨拉姆理论。这个理论提出后，它的一些预言不断为实验所证实,所预言的静止质量很大的三种中间玻色子W和Z，后来由欧洲核子研究中心分别于1983年1月和6月在质子-反质子对撞机的实验中找到。其质量与理论预言的一致，从而极大地支持了这个理论。1973年，萨拉姆与帕提合作提出了统一描述夸克和轻子的帕提-萨拉姆模型，预言了质子的衰变，这项工作为大统一理论开了一个头。

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±0萨拉姆对理论物理方面的国际交流十分热心，是积极的学术活动家。他捐出所得的诺贝尔奖金用作培养发展中国家的物理学家的费用。由于萨拉姆的努力，1964年在意大利的里雅斯特创建了国际理论物理中心。这是一个帮助发展中国家物理学家的研究机构，他生前一直是这个中心的负责人。

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