物质世界的对称性破缺 ——2008年诺贝尔物理学奖简介

由于对基本粒子物理学中的对称性破缺问题做出了重大理论贡献,美国芝加哥大学恩里科•费米研究所的美籍日本物理学家南部阳一郎（Yoichiro Nambu）、日本筑波高能加速器研究中心的小林诚（Makoto Kobayashi）和日本京都大学汤川理论物理研究所的益川敏英（Toshihide Maskawa）被授予2008年度的诺贝尔物理学奖。本文将简要介绍他们获奖的工作,以及与之相关但尚未解决的宇宙的物质-反物质不对称难题。     

从对称破缺到混沌

量子系统的低能级往往具有很高的对称性,例如:晶格、形变核的转动能级、强子的最深束缚态。但是,所有这些系统都破坏了哈密顿量的精确对称性,表现出对称破缺。晶格和核并不满足哈密顿量所需要的平移和转动不变性、强子态破坏了涉及奇异性和同位旋的内部自由度对称性。在每个这样的系统中,当集中观察其极小几个自由度时,对称性就遭到破坏,所以,系     

当对称发生破缺……

弱电磁作用对称破缺:对称破缺之谜的解决也许能确定未来粒子物理的发展方向——     

发现引力波——2017年诺贝尔物理学奖解读

2017年10月3日,终于到了宣布2017年物理学奖的时刻,诺奖委员会宣布：2017年的诺贝尔物理学奖授予三位美国物理学家雷纳?韦斯(Rainer Weiss)、基普?索里(Kip Stephen Thorne)和巴里?巴里什(Barry Clark Barish),表彰他们对于研制激光干涉引力波天文台以及利用该天文台发现了引力波作出了决定性的贡献。这样的结果毫无悬念,和物理学界大部分学者的预言完全一样。那么,这个科学发现到底是什么？和现代物理学的发展有什么关系？爱因斯坦和这个发现是什么关系？引力波有什么用？有办法防引力波辐射吗？引力波探测与研究的未来是什么？中国在引力波探测领域的现状和未来计划是什么？笔者将在这篇文章里回答上面这些问题。     

解读宇宙的起源——2006年诺贝尔物理学奖简介

2006年度诺贝尔物理奖授予了在宇宙学研究领域取得杰出成果的美国科学家约翰·马瑟和乔治·斯穆特。他们发现的宇宙微波背景辐射的黑体谱和各向异性强烈地支持了大爆炸宇宙学模型并开启了“精确宇宙学”时代的大门。COBE之后宇宙学研究取得了一系列重大的进展。近年WMAP、SDSS等天文观测更加坚实有力的支持了大爆炸宇宙学模型,并对物理学提出了一些重大的、尖锐的挑战,诸如什么是暗物质?暗能量的物理本质是什么?     

探寻自然界的对称性与对称破缺机制

日常生活中处处可见对称和对称破缺的例子。自然界本身就充满了各种对称性，如许多动物的左右对称性、太阳的转动对称性、海星的五重对称性和雪花的六重对称性等。然而，不同种类的粒子、不同种类的相互作用，乃至人类生存的时空和物质世界以及整个复杂纷纭的自然界（包括人类自身），却都是对称性破缺的产物，如生命起源过程中DNA的左右镜像对称破缺等。     

突变率的S_4对称破缺和终止密码子

文献[1,2]等曾就二联密码引用无义突变数和Hamming距离的概念,讨论了如何获得最优化密码的数学方法。由于在计算突变时未区别转换突变和颠换突变,故未能得出可和实际比较的有意义结果。事实上,如碱基U、C、A、G间具有严格的S_4置换群对称性,那么任两个碱基间具有相等的突变率,并且一个密码子的三个字母也没有区别。因此,64个密码子中任取若干个都是同权的,原则上无法区别哪些是终止密码。实际上碱基的突变率不具有严格的S_4对称性,它可分解为S_4不变的部分和S_4对称破缺的部分。我们可以只考虑S_4对称破缺的     

紧致群规范场的对称破缺和对偶荷

如所知,具磁单极的电磁场是U_1,群的整体规范场.文献[2]通过对称破缺在SU_2规范场中导出具磁荷的规范场,然后文献[3]、[4]、[5]对此作了详细的分析,情况已相当清楚。 对SU_3规范场,这种问题在文献[4]中开始讨论,但对“磁荷”量子化数值问题和通量积分的几何含义未得到解决。此后陆续有人研究更大的群的情况,对以伴随表示形式出现的Higgs     

复杂系统与统计物理的盛宴——2021年诺贝尔物理学奖解读

2021年诺贝尔物理学奖授予了复杂系统,颁奖理由是为我们人类理解复杂物理系统而取得的开创性贡献,奖金的一半授予两位,第一位是真锅淑郎,第二位是克劳斯?哈塞尔曼(Klaus Hasselmann),表彰他们建立地球气候的物理模型,量化其可变性并可靠地预测全球变暖.奖金的另外一半授予乔治?帕里西(Giorgio Par...     

亚洲科学家有望获得更多诺贝尔奖——从2008年诺贝尔物理学奖谈起

南部阳一郎等人的得奖无疑成为亚洲科学家获得更多诺贝尔奖的助推器,在增加信心的同时也备感任重道远.看今年物理学奖,也许我们可以得到下列几方面的启示: 1.首先,亚洲文化和智慧在一定程度上能推动或提升科研的水平,过去日本、中国、韩国、印度等国的科学成就可以说明这一点.随着经济的起飞,亚洲的教育以及科技的投资会有极大的推动力.不过,我们需要特别注意的是,一定要加大基础研究的投资.科学研究就像一棵树,树干和根就是基础研究,只有重视基础研究,树才有可能长出树叶,甚至开花、结果.     

核力的电荷对称破缺对低能NN散射参数的影响

在低能核物理中,NN散射长度α和有效力程是两个重要的参数,它们已被实验和理论在核子-介子层次上研究过。本文用共振群方法(RGM)从夸克层次来研究核力的电荷对称破缺对α和的影响。     

从全球变暖到复杂物理系统——2021年诺贝尔物理学奖解读

2021年诺贝尔物理学奖授予了两位气候学家和一位理论物理学家,以表彰他们在理解复杂物理系统领域所做出的开创性贡献.诺贝尔物理学奖委员会巧妙地把地球气候系统问题与理论物理问题统一在一起,凸显对基于物理理论解决复杂现实世界问题,尤其是地球气候变化问题的高度重视,而非把评奖目标仅限于传统的物理学领域.     

黑洞的诺奖之路——2020年度诺贝尔物理学奖解读

从20世纪早期黑洞概念的提出到2020年黑洞获得诺贝尔物理学奖,这百余年间,一代又一代的科学家们孜孜不倦地前行在探索黑洞的漫长征程上.在黑洞艰辛的诺奖之路上,彭罗斯、根策尔和盖兹三位获奖者的贡献不容忽视.     

信息技术的基石——2000年诺贝尔物理学奖

2000年10月10日,瑞典皇家科学院决定将今年诺贝尔物理学奖的一半颁发给俄罗斯约费物理技术研究所的科学家若列斯·阿尔费罗夫和美国加州大学圣芭芭拉分校的科学家赫伯特·克勒默,因为他们研究开发出了在高速电子器件和光电子器件中广为采用的异质结技术,另一半颁发给美国得克萨斯仪器公司的科学家杰克·基尔比,因为他发明了集成电路。这两项开拓性的工作为信息和通讯技术的飞速发展奠定了坚实的基础。 阿尔费罗夫,1930年3月15日出生于白俄罗斯的维捷布斯克,     

照明史上的第二次革命:解读2014年诺贝尔物理学奖

<正>赤崎勇(Isamu Akasaki)、天野浩(Hiroshi Amano)和中村修二(Shuji Nakamura)因发明"蓝光发光二极管"获得2014年诺贝尔物理学奖.为什么这项发明如此重要呢?以蓝光LED(light-emitting diode)为核心技术的半导体照明具有寿命长、色彩可控、无汞和低压工作等优点,有巨大的应用潜力和广阔的市场空间,可以大大降低能源消耗和温室气体的排放.陈良惠院士曾经做了一个估算:如果中国的通用照明市场用LED照明来替代白炽灯和荧光灯的话,每年节约的电力将会超过3座三峡工程的发电量.其意义不仅     

解读2021年诺贝尔物理学奖:浅谈Klaus Hasselmann的科学贡献

2021年诺贝尔物理学奖授予了对理解复杂物理系统作出突出贡献的三位科学家,其中包括两位气象学家,分别是德国马克斯普朗克气象研究所的Klaus Hasselmann和美国普林斯顿大学的Syukuro Manabe[1].主要是为了表彰他们对模拟地球气候、定量气候变率和准确预测全球变暖而做出的突出贡献.这是气象学家历史上首...     

恒星演化——1983年诺贝尔物理学奖的主题

1983年诺贝尔物理学奖授与芝加哥大学的钱德拉塞哈(S.Chandrasekhar)和加州理工学院的福勒(A.Fowler),以表彰他们对恒星演化研究的贡献。现在我们知道,一个星体是由存在于星系中的气体和尘云所形成的。在引力的作用下,一团凝聚物慢慢收缩形成一个星体。在此过程中释放出能量并导致加热。最后温度高到足以在星体内部引起核反应。结果,主要成分氢聚变成氦。这样产生一种阻止收缩的压力并使星体稳定,因而使它得以存在几百万年。     

从啁啾脉冲放大到强场激光物理——2018年诺贝尔物理学奖解读

1985年,Donna Strickland和Gérard Mourou等提出了啁啾脉冲放大(chirped pulse amplification,CPA)技术的概念,这是超高峰值功率超短脉冲激光技术发展的一个重要里程碑,直接推动了超强超短激光和强场激光物理等研究领域的诞生。目前,利用CPA技术已经可以获得峰值功率达到10拍瓦(PW,1 PW =10¹⁵ W)量级的激光脉冲,被认为是“将影响从聚变到天体物理的每一项研究”的成果。也正因此,发明啁啾脉冲放大(CPA)技术的法国科学家Gérard Mourou和加拿大科学家Donna Strickland,获得了2018年诺贝尔物理学奖。首先,初步介绍了Strickland和Mourou提出的啁啾脉冲放大(CPA)技术;然后,结合上海光学精密机械研究所强场激光物理国家重点室在超强超短激光技术和强场激光物理研究等方面的成果,以及承担的国家重大科技基础设施项目“上海超强超短激光实验装置”,简单介绍了Gérard Mourou和Donna Strickland 获奖的意义;最后,对相关领域未来发展进行了初步的展望。     

3维O(N)超引力理论中超对称动力学自发破缺

超对称局域化后,由于物质多重态与纯引力多重态相互耦合,超对称易于产生自发破缺.我们曾研究了2维和3维整体和定域超对称理论,发现超对称破缺与模型的维数有密切关系.本文构造一个3维 O(N)超引力理论,并利用大 N 展开方法,研究了动力学自发破缺机制.