2008-10-08

預言對稱破壞 3日人同摘諾貝爾

【聯合報╱東京特派員陳世昌/七日電】 2008.10.08

瑞典皇家科學院七日宣布,今年諾貝爾物理獎由兩位日本學者小林誠、益川敏英和美籍日裔學者南部陽一郎共同獲得,以表彰三人對粒子物理「標準理論」體系構築的重大貢獻。

六十四歲的小林誠是日本高能源加速器研究機構名譽教授,六十八歲的益川敏英是京都大學名譽教授,八十七歲的南部陽一郎則是歸化美國籍的日裔學者,現任美國芝加哥大學名譽教授。

小林與益川兩人的得獎理由,是他們「預言」構成物質的最小單位「夸克」,「至少在自然界存在著三代以上」,他們也「發現對稱破壞的起源」。小林與益川一九七三年在京都大學擔任研究助理時,就認為夸克至少有六種以上,會互相變化並合在一起,發表後被稱為「小林益川理論」。當時只發現三種夸克,後來陸續經由實驗再發現了其他三種。

小林益川理論中還表明,在夸克的變身合成過程中,物質構成的「粒子」會與電氣性質出現相反的「反粒子」動作而出現偏差,稱為「對稱破壞」現象。

南部陽一郎獲獎理由是發現「自發對稱破壞」。南部陽一郎在一九六一年就表明,在粒子的世界,這種對稱性有可能會自然的消失。南部後來又多次發表許多嶄新的想法,被稱作是「物理學的預言者」。

三人共獲得一千萬瑞典幣(約台幣四千五百萬元)的獎金,南部陽一郎獨得一半,剩下一半由小林與益川均分。頒獎儀式將在十二月十日於斯德哥爾摩舉行。



◆ 研究「對稱破缺」三日裔學者同獲桂冠

【閻紀宇/綜合七日外電報導】 2008-10-08 中國時報

二○○八年諾貝爾物理學獎得主七日揭曉,由三位研究「對稱破缺」(broken symmetry)的日本物理學家南部陽一郎、小林誠、益川敏英同獲殊榮,共享一千萬瑞典克朗(約台幣四千五百萬元)獎金。發現基本粒子「自發性對稱破缺」(spontaneous broken symmetry)機制的南部陽一郎得到一半獎金;另一半獎金則由益川敏英與小林誠均分,其貢獻是「發現對稱破缺的起源,預測自然界存在第三族夸克」。

南部陽一郎高齡八十七歲,已經歸化為美國籍,目前是芝加哥大學費米研究所(Enrico Fermi Institute)榮譽教授。小林誠現年六十四歲,日本高能加速器研究機構(KEK)榮譽教授。益川敏英現年六十八歲,日本京都產業大學理學部教授。

瑞典皇家科學院指出,自然界的不完全對稱是從宏觀到微觀的共通現象。就基本粒子物理而言,對稱破缺的理論與數學描述對「標準模型」(Standard Model)影響深遠。更有甚者,宇宙之所以能夠以今日的型態存在,都要歸功於對稱破缺,小林誠與益川敏英在這方面的研究貢獻尤其重要。

如果宇宙完全對稱,物質與反物質粒子數目相同,兩者將會一對一湮滅無遺,然而一百四十億年前大霹靂(Big Bang)發生之後的對稱破缺,導致每一百億零一顆物質粒子會對上一百億顆反物質粒子。物質粒子就是靠著這一百億分之一的差異勝出,最終形成各種天體,生命也才有所依歸。

南部陽一郎早在一九六○年就從超導體的「BCS理論」獲得啟發,首先探討粒子物理中的自發對稱破缺,並導出其數學形式,發現可以用來解釋質子與中子具有質量的原因。這個發現也為後來標準模型的「希格斯場」(Higgs field)機制建立了基礎。雖然代表希格斯場的「希格斯玻色子」(Higgs boson)尚未現身,但是今年九月啟用的「大強子對撞機」(LHC)為物理學家提供了無窮希望。

小林誠與益川敏英在一九七二年建立一套理論模型,探討對稱破缺中的「電荷宇稱不守恆」(又名CP不守恆、電荷宇稱違逆、CP違逆)現象。這套模型後來納入標準模型,不但可以解釋一九六四年發現的K介子系統CP不守恆,並且預言第三族夸克(底夸克與頂夸克)的存在,以及B介子系統CP不守恆;這兩項假說後來都得到實驗證明,讓標準模型更為完備。



◆ 南部親切 小林愛數獨 益川喜沉思

【黃菁菁/東京七日電】2008-10-08 中國時報

日本自二○○二年東京大學特別榮譽教授小柴昌俊獲頒諾貝爾物理獎,島津製作所的田中耕一獲得諾貝爾化學獎之後,這次是睽違六年的諾貝爾獎得獎,包括南部等三人在內,日本目前已有十五人獲得諾貝爾獎,其中物理學獎得主共有七人。

南部於戰後不久就赴美,繼諾貝爾物理獎湯川秀樹、朝永振一郎博士之後,是日本素粒子論的受矚目的第二代研究學者。

南部出身於東京帝國大學物理系,曾在東大當研究員,五二年獲朝永振一郎教授(六五年的諾貝爾獎得主)的推薦,赴美國普林斯頓高等研究所留學,五六年任芝加哥大學副教授,五八年芝加哥大學教授。

前諾貝爾物理獎得主小柴昌俊回憶說,他廿幾歲時,南部曾在大阪市立大學當教授,因此曾在南部的研究室睡覺,做了一個月的研究,也曾到南部家用餐,南部是個對任何人都親切的人,他早就應該得獎了。

小林和益川同是名古屋出生,都就讀名古屋大學理學系。兩人是名古屋大學理學院的學長、學弟,兩人跟隨與湯川博士一起做研究的土反田昌一博士學習素粒子論,於七三年共同發表「小林、益川理論」論文。他們三人的獲獎可說是向世界證明了日本第二、三世代素粒子研究學者的實力。

小林於七日晚間在東京日本學術振興會召開的記者會表示,「能得到對研究學者來說最高的獎,真的感到非常驚訝!長年來一直被說是有望的候選人,早已沒有特別的期待」。小林的妻子惠美子在接受日媒採訪時說,「他被很多單位推薦多年,他母親一直期盼兒子能得獎,可惜母親在去年九十歲時過世,若能早點得獎就好了。」小林就讀高一的女兒由佳則說,他只是平常在家發懶,喜歡玩電動、數獨的普通老爸。

益川的妻子明子說,家裡沒有書房,也沒看過丈夫讀書,他通常都是拿著紙筆到咖啡廳沈靜的思考,平日則喜歡按照時間計畫作息行動,早上固定八時二分出門,晚上固定九時卅六分洗澡。



◆ 今年,粒子物理夯

【聯合報╱記者李承宇/台北報導】 2008.10.08

粒子物理是今年物理學界的當紅炸子雞。「大強子對撞機」這項研究利器才剛啟用,諾貝爾物理獎又頒給三位粒子物理學家,宣示了今年是高能物理界承先啟後的關鍵里程碑。

得獎者之一南部陽一郎在一九六○年代從超導理論發想,構思出粒子物理界並不是完全對稱的理論,而這種「對稱破壞」是出於「自發性」。台灣大學物理系系主任熊怡說,南部最常解釋「自發性」的例子,就是像一個圓桌上放滿了杯子,第一個客人選擇從右邊開始拿或左邊開始拿,接下來的客人就會順著他的選擇繼續拿下去。

台大物理系教授侯維恕表示,南部算是相關領域的祖師爺級人物,後來高能物理標準模型中,可以解釋粒子質量來源的「上帝粒子」Higgs機制,也是從南部的理論衍伸而來的。

小林誠與益川敏英提出的「小林益川(KM)理論」則假設,唯有第三類夸克的存在,才會使物理界中「對稱破壞」不守恆的情況存在。第三類夸克就是「頂夸克」與「底夸克」。他們也預測在B介子系統中有不守恆情形。

全球共有兩大粒子加速器實驗室在進行小林、益川的相關理論研究,一個是美國「史丹福直線加速器中心」,另一個是日本的「B介子工廠」。二○○一年科學家確認B介子和反B介子的對稱破壞現象,證明小林益川理論。

侯維恕指出,史丹福的加速器目前已關閉,B介子工廠的研究已進行到一個階段,準備升級為「超級B介子工廠」,而規模更大的粒子加速器「歐洲大強子對撞機」正揭開序幕,在這個時間點把諾貝爾物理獎頒給這三個人,自有其時代意義。

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