透视诺贝尔物理学奖：三位年轻人的“家庭作业”

　　三位年轻人的“家庭作业”

　　夸克研究已经带来了好几个诺贝尔奖。该理论中还有很多未知领域，年轻一代，包括中国的年轻科学家都还有机会。

　　-透视2004诺贝尔物理学奖

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　　□本报驻京记者李虎军

　　过去几年中，每到诺贝尔物理奖公布的日子，麻省理工学院(MIT)的弗兰克·维尔切克(Frank　Wilczek)都会度过一个不眠之夜，然后在接下来的一个星期中闷闷不乐。

　　10月5日早上5∶30，维尔切克终于等到了他期盼的电话。电话响起时，他正在浴室，准备洗个淋浴。在当天举行的新闻发布会上，MIT物理系的丁肇中等诺贝尔奖得主到场祝贺，个子不高、有些秃顶的维尔切克则透露了一个小秘密：他兴奋得连衣服都没穿好就冲到妻子身边接电话了。

　　与维尔切克分享本年度诺贝尔物理奖的是圣芭芭拉加州大学的戴维·格罗斯(David　J.Gross)和加州理工学院的戴维·波利策(David　Politzer)。为他们带来荣誉的是30多年前的一项研究成果。

　　上周，萨拉姆(Abdus　Salam)国际理论物理中心在其成立40周年之际出版了《100个成为科学家的理由》一书，书中有一篇维尔切克写的短文：《做科学给了我自由》。维尔切克回忆道，他在普林斯顿大学念的是数学系，但对物理学也非常关注，当他与一位名叫戴维·格罗斯的年轻教授进行交谈时，他的物理学家生涯也就开始了。

　　1973年，维尔切克与格罗斯在《物理评论快报》上发表了一篇论文。同一期杂志上，哈佛大学物理系科尔曼(Sidney　Coleman)的研究生波利策也发表了一篇论文。他们在论文中独立地提出了夸克的“渐近自由”理论。当时，格罗斯32岁，维尔切克22岁，波利策24岁。有人将那两篇只有4页的论文称为两位年轻研究生维尔切克和波利策的“家庭作业”，而科尔曼没有在“家庭作业”上署名。不过中国科学院理论物理所副所长吴岳良研究员则告诉记者，提出这个理论需要很多背景，恐怕不只是“家庭作业”那么简单。

　　自然界中有四种力：电磁、引力、弱相互作用和强相互作用。一切参与强相互作用的粒子统称为强子，包括质子、中子、介子等。1964年，盖尔曼(Murray　Gell-Mann)提出夸克模型，认为所有强子都由夸克(quark，原义之一是乌鸦的呱叫声)组成。该模型所预言的六种夸克后来均得到了证实。其中，丁肇中和里克特(Burton Richter)在1974年通过探测J/ψ粒子，证实了粲夸克的存在；美国费米国家实验室在1995年观察到了最后一种夸克——顶夸克。

　　本年度的诺贝尔医学或生理学奖颁给了气味的研究，物理奖则是颁给了颜色的研究。不过，这里所说的颜色不是通常意义上的概念，而是代表夸克的三种颜色自由度(红、黄、蓝)，与电子带电荷相类似，夸克带有色荷。

　　格罗斯等三人通过计算发现，随着夸克间距离的变小，或者说随着夸克能量的增加，色力(夸克之间的作用力)变得越来越弱，就像橡皮筋一样。当夸克间距离足够小，能量足够高时，夸克仿佛呈“自由”状态，这就是所谓的渐近自由。诺贝尔奖评委会称，这是“夸克世界中的一个多彩发现”，它为量子色动力学理论———描述色力的理论奠定了基础，也使科学家们距离统一描述自然界中四种力的梦想近了一步。这个“多彩的发现”后来在世界各地的高能粒子加速器上得到了证实。

　　吴岳良说，1973年之前，荷兰物理学家霍夫特(Gerardus＇t　Hooft)已经发现了渐近自由的性质，他没有就此发表论文，但他作过公开的学术报告。于是，科学界曾有这样的议论：渐近自由理应获得诺贝尔奖，但算上霍夫特的话就有四个人，违反了一项诺贝尔奖最多只颁给三个人的规定。1999年，霍夫特与其老师韦尔特曼(Martinus　Veltman)因为电弱相互作用的量子结构方面的理论研究获得了诺贝尔奖，人们这才松了一口气。

　　夸克研究已经带来了好几个诺贝尔奖，盖尔曼、丁肇中、里克特等人都获得了奖励。吴岳良说，夸克理论中还有很多未知领域，年轻一代，包括中国的年轻科学家还有机会，例如“夸克禁闭”就是一个著名的谜。渐近自由阐述了夸克在小距离、高能量状态下的性质，而大距离、低能量状态下的行为，即夸克都被“禁闭”在束缚态之中，依然没有很好的理论解释。至今为止，科学家们发现夸克凭借的都是间接证据，并没有观测到单个的自由夸克。夸克禁闭激发了不少物理学家的兴趣，如李政道等人就正在利用美国布鲁克海文国家实验室的相对论重离子加速器，研究量子色动力学真空与夸克禁闭的关系。

　　记者还联系到了曾与维尔切克共事三年的刘文胜。刘今年9月刚在美国匹兹堡大学物理系获得助理教授一职。他2001年8月来到MIT，在维尔切克的研究组从事博士后研究(刘也同时在MIT物理系李雅达、文晓刚教授领导的凝聚态组从事研究)。

　　维尔切克的办公室在MIT的6号楼305室，刘的是306室。如果维尔切克办公室的门开着，里面常常像一个会议室，各种各样的人在其中碰撞思想。周二或周四晚上，维尔切克还常常在家里举行研究组聚会，学生和博士后们在那里继续思想的碰撞。

　　在刘文胜眼里，维尔切克非常聪明、敏捷、富有创造性，几乎对理论物理的每一个领域都感兴趣，“他或许是我碰到的兴趣最为广泛的理论物理学家”。维尔切克还不时为《今日物理》、《科学美国人》等杂志写科普文章，且文笔相当不错。“我怀疑英语文学专业的人也会为此感到惊讶。”

　　刘文胜说，他遇到了好些杰出的物理学家，和其中几位还有比较多的交往，如他读博士时的导师、诺贝尔奖得主温伯格(Steven　Weinberg)，“这些人是现代社会的财富”。

　　(感谢中国科学院理论物理所于禄院士提供的帮助)