物質(zhì)世界的不對(duì)稱之美

周宗良

2008年10月7日北京時(shí)間17點(diǎn)45分，瑞典皇家科學(xué)院在斯德哥爾摩宣布，將2008年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的一半授予美國芝加哥大學(xué)恩里科·費(fèi)米學(xué)院的南部陽一郎，以表彰他發(fā)現(xiàn)了亞原子物理中對(duì)稱性自發(fā)破缺的機(jī)制，獎(jiǎng)項(xiàng)的另一半由日本筑波高能加速器研究機(jī)構(gòu)的小林誠和京都大學(xué)理論物理湯川研究所（湯川研究所因湯川秀樹而命名，他曾獲1949年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)）的益川敏英分享，以表彰他們發(fā)現(xiàn)了對(duì)稱性破缺的起源，并由此預(yù)言了自然界中至少三個(gè)夸克家族的存在。

南部陽一郎在對(duì)稱性自發(fā)破缺方面作出了開創(chuàng)性的工作，其結(jié)果被稱為南部-戈德斯通定理。他首先把凝聚態(tài)物理方法運(yùn)用于粒子物理理論，提出了著名的南部-Jona-Lasinio模型。南部陽一郎由此獲得了1994-1995年度的沃爾夫獎(jiǎng)。小林誠和益川敏英提出解釋“ＣＰ對(duì)稱性破缺”現(xiàn)象的有關(guān)理論?，F(xiàn)代物理學(xué)理論認(rèn)為，在100多億年前宇宙大爆炸時(shí)應(yīng)同時(shí)產(chǎn)生同等數(shù)量的粒子與反粒子，粒子與反粒子在質(zhì)量等方面相同，但在電荷等方面相反，兩者相遇便會(huì)湮滅同時(shí)釋放出能量。但實(shí)際情況并非如此，科學(xué)家并未在現(xiàn)今宇宙中找到與大量物質(zhì)等量的反物質(zhì)。1973年，小林誠和益川敏英提出了“小林－益川理論”，認(rèn)為造成上述現(xiàn)象的原因是夸克的反應(yīng)衰變速率不同。他們還預(yù)言存在６種夸克，按照現(xiàn)代物理學(xué)理論，夸克是比質(zhì)子和中子等亞原子粒子更基本的物質(zhì)組成單位。在小林誠和益川敏英提出預(yù)言之初，科學(xué)家只發(fā)現(xiàn)了3種夸克，因此一直難以證明他們的理論。1995年，6種夸克都被發(fā)現(xiàn)。2001年，日本和美國科學(xué)家確認(rèn)了由夸克構(gòu)成的正反粒子——B介子和反Ｂ介子的“CP對(duì)稱性破缺”現(xiàn)象，從而證明了“小林－益川理論”?，F(xiàn)在，“小林－益川理論”作為基本粒子物理學(xué)的一種基礎(chǔ)“標(biāo)準(zhǔn)理論”，得到全球基本粒子物理學(xué)家的普遍認(rèn)可。