盖尔曼—博学多才特立独行的物理学家

默里·格尔曼(1929-)因在基本粒子分类及其相互作用方面的杰出贡献而获得1969年诺贝尔物理学奖，尤其是他的“夸克”粒子模型，它开启了人类理解物质结构的新时代。成为粒子物理学当之无愧的顶尖人物。甚至有人称赞他是爱因斯坦的继任者之一。现在，他对自己的成长历程、探索足迹、突出成就以及敏锐的直觉和独特的科研风格做了简要的论述。1.格尔曼出生于一个学者家庭，1929年9月15日出生于纽约的一个教授家庭。在父亲和哥哥的培养和影响下，gherman兴趣广泛。除了毕生热爱语言学、自然历史和数学，他还喜欢音乐和娱乐、滑雪和爬山。他敢于在生活中冒险和挑战。特别值得一提的是，他也是一个*的鸟类观察者，他走遍世界大部分地区寻找、研究和观察数百种鸟类。盖尔曼从小就显示出超人的智慧，经常被称为天才。当他只有8岁的时候，他获得了奖学金，并以优异的成绩从当地的一所公立学校晋升到纽约的一所高中。格尔曼19岁毕业于耶鲁大学，1951年获得麻省理工学院哲学博士学位。他成为了普林斯顿大学高级研究所的研究员。1953年，他成为芝加哥大学的讲师，并加入了以恩里科费尔米为中心的研究小组。1955年，他被加州理工学院聘为理论物理副教授，一年后晋升为正教授。因此，格尔曼是一位长期揭示自己头部角度的科学家。一个新的量子数--奇数的引入，是格曼对奇量子数研究的主要贡献之一。在20世纪40年代末和50年代初，研究人员在宇宙射线和大型加速器实验中发现了一批具有当时无法解释的新特性的粒子。为了揭示这些粒子的奇异性，它们快速产生(10-2秒)，缓慢衰减(10秒)，并且总是协同产生。不合作衰退。分别在1953年和1955年，日本的格尔曼和西岛和子独立地提出了奇异量子数的概念，并建立了格尔曼-西本规则来解释上述粒子的奇异性。奇数方案指出，不同的粒子有不同的奇数。超级子的n，s = 1；对于超子，s = 12；SZ超子的S= 1 3，反粒子和相应粒子的奇数符号相反，光子、介子和核子的S=0，轻子没有奇数。盖尔曼指出，奇数在强相互作用中是守恒的，即任何强相互作用过程都是可以实现的。奇怪数字的代数和在反应前后是常数。这解释了为什么奇怪粒子的衰变不能由强相互作用引起，为什么奇怪粒子可以在非奇异粒子的碰撞中成对产生。盖尔曼还证明了在电磁相互作用中奇怪的数是守恒的，但是在弱相互作用中奇怪的数是不守恒的。奇数方案的提出，标志着粒子物理学发展的一个新阶段。它为介子、核子和超子的分类提供了一个重要的规则。它不仅成功地解释了奇怪粒子的行为，而且预言了一些新的奇怪粒子(如彭超数)的存在，这些都已被实验证明。奇数守恒定律已经成为粒子物理的基本定律。1961年建立的优雅简洁的八重方法理论是基于奇数守恒定律。盖尔曼还提出了SU对称性。当时在实验中发现的大量强子被有条不紊地描述了出来。1962年，格尔曼和以色列物理学家尼曼分别提出了“八个国家”的分类方法。它的名字是由于每8个粒子可以填充SU群的8维表示。他们假设质量最小的8个重子(质子、中子及其激发态):2个核子。三个耗尽的超子，两个三胞胎和一个超子形成一个。“超倍数”。它就像一个八边形，每个顶点有八个粒子。八个重子有1/2自旋、正宇称和类似的质量。图1中只显示了不同的电荷、不同的同位旋和不同的奇数。从图中，我们可以很容易地发现八个粒子的排列是有序的，y在纵坐标上，1(同位旋分量)在横坐标上。从这种安排中，我们可以看出某种规律。也就是说，从图中，我们可以很容易地发现八个粒子的排列是有序的。沿着右边的水平方向，同一条直线上的奇数个粒子(或超荷)是相同的。因此，盖尔曼在他关于八重方法方案的报告中指出:“八重方法:强作用对称性理论”，并把“重子和介子的对称性”作为该方案正式发表的论文的标题。盖尔曼打算用八重方法来整合所有新粒子和新量子数。根据这种方法，也有可能将当时已知的九个重子共振排列成“十个状态”的对称模式。图2中的实心圆显示了四个△粒子、三个激发态粒子和两个三’粒子的位置，除了点A是一个空心圆，表示当时没有发现粒子。从这种图案的对称性出发，可以推导出这种粒子在A点的特性，即在数十个状态顶端的空位。1962年，盖尔曼在欧洲粒子物理研究所会议上预测了第十个粒子，即电荷Q= 1的“缺失”粒子——N粒子。奇数1964年，在美国布鲁克海文实验室发现了N粒子，这完全符合盖尔曼的预测。正是这个缺失的粒子强烈地支持了盖尔曼的八态方法。盖尔曼的模型可以用来对所有已知的基本粒子进行分类。他还为未被发现的粒子保留了空间，包括磁单极子、引力子和中间玻色子。4神秘的夸克模型被提出。1964年，gherman在Sakata模型和“八重方法”的基础上进一步提出了一个更复杂的模型。他认为强子不是最基本的粒子，而是由更小的粒子组成的。今年2月，他在《欧洲物理快报》上发表了一篇论文。“重子和介子的一个简单模型”宣称:“如果允许我们想象重子和介子之间的强相互作用可以通过‘强子八重态’来正确描述，我们必须寻求对这种情况的一些更基本的解释。因此盖曼假设SU(3 >代表的三重态应该是三个夸克:上夸克u(上)、下夸克d(下)和奇异夸克由三个夸克组成。介子由夸克和反夸克组成。夸克是两个或三个成对或成组的，永远不能分开观察。它们的结合依赖于交换胶子，这相当于夸克相互作用的量子。它们的作用与光量子在电磁相互作用中的作用相同。提出了夸克模型。这标志着现代物理学发展的一个重要里程碑。这不仅令人满意地解释了为什么八元组方法理论能成功地对粒子进行分类，并给出了SU(3 >对称性的物理基础，而且使奇数和同位旋具有更深远的意义。例如，一个粒子的奇异数就是其中包含的奇异夸克数。随着实验事实的不断补充，夸克理论得到了极大的发展。例如，夸克c(魅力)，夸克b(底部)和夸克t(顶部)相继被提出。每个夸克有三种颜色(红、黄、绿)的*。随着6种夸克的存在都被一个接一个的实验所证实。今天的物理学家确信夸克和轻子能级是人类达到的基本物理能级。这无疑从另一个方面表明了盖尔曼夸克模型的重要地位。此外，gherman还从事其他重要的研究课题。他在色散关系、一个矩阵理论、重整化群理论和流代数理论等领域做出了突出贡献。他为量子色动力学、弱作用现象学理论和弱电流统一理论的创立和发展开辟了道路。与此同时，格尔曼还公开表达了他对美国教育、科学与宗教、科学与艺术、日益增长的人口问题和日益恶化的自然环境的独特而深刻的看法。5格尔曼以敏锐的直觉和独特的科学研究风格而闻名，不仅因为他的杰出贡献，还因为他敏锐而深刻的物理直觉和“非常规”的科学研究风格。首先，格尔曼擅长从语言艺术中吸收营养。用丰富的隐喻思考物质世界，建立直觉联系，然后提出科学概念。例如，上面提到的基本粒子的分类方案，即八重方法，是由格曼根据佛教的信念命名的，即八种正确的生活方式可以避免痛苦。它的原文是释迦牟尼的话:“兄弟们，世上有解脱苦难的真谛，即八正道”。另一个例子是，1964年，当格曼给构成强子的三种基本粒子命名时，尽管他日夜都在想它们，但他暂时找不到合适的术语。后来，在休息期间，他翻阅了自20世纪以来的怪异百科全书，并在伊朗作家詹姆斯·乔伊斯的长篇小说《芬尼根之夜献祭》中意外地发现了“夸克”一词。小说中有一句诗:“夸克...夸克...夸克...脖子伸直并一起面对绅士马克的海鸟。马克除了三个“夸克”什么也没有得到；除了期望的目标，一切都属于马克。”在这里，“夸克”是海鸥的叫声，而德国人对“夸克”的原意是被下层阶级吃掉的恶臭的羊乳酪。盖尔曼立即在“夸克”和“基本粒子”之间建立了直观的联系。他意识到他只需要三个不同的夸克，并且可以利用它们的组合来形成所有已知的强子。基本粒子物理学中的三个夸克。本质完全一样。只是因为不同的相互作用，它们有一些不同，所以它们就像穿不同衣服的相同粒子。“夸克”意味着同样的东西有不同的颜色和味道，这与夸克的物理性质是一致的！科学界认为这种语言上的突破和“高能粒子”的物理学突破一样重要。1969年，格尔曼获得了诺贝尔奖。当然，盖尔曼把这些粒子命名为"夸克"，如此奇怪和漫长，这可能与他扎实和良好的语言造诣以及他最初是一个鸟类爱好者有关。其次，弗朗西斯·培根指出:“没有极端的美。它的结构不会有奇异之处。”如果根据这句话来判断盖尔曼提出的描述介子和超介子新特性的量子数S，那它就充满了奇异之美。此外，格尔曼建立的“八重方法理论”完全等同于粒子物理学中的“周期表”，表现出高度有序的对称美。用盖尔曼自己的话来说，它构建了一个“简单而优雅的方案”。因此，格尔曼被科学界誉为“20世纪的门捷列夫”。我们也有充分的理由相信，崇尚并坚持不懈地追求科学之美——简单、对称和奇异——是激励格尔曼进行科学探索并主导他几乎所有工作的丰富源泉。否则，gherman无法在Sakata模型和“八重方法”的基础上进一步建立他那洋溢着奇异之美的“夸克模型”。第三，格尔曼有一丝不苟、严谨的科研风格。他喜欢通过报告、研讨会和对话与其他物理学家交流想法，而不是轻易发表文章。这样做的原因是他有一个独特的想法，即发表错误的观点会给一个人的科学生涯留下不可磨灭的污点。他相信一个理论家的洞察力会从他发表的正确观点的数量中减去。甚至减去两倍的错误数。因此，他在发表论文时总是很谨慎，经常在发表论文前将自己的观点推迟一年半，甚至从不发表。例如，他的一些重要作品只是作为预印报告的原始文件。即使在每年的诺贝尔奖纪念特刊上，仍然有一页空白——这是因为格尔曼没有交出他的演讲稿，而是专门留给他的。由于赫尔曼杰出的科学贡献，他获得了许多奖项和荣誉。除了诺贝尔物理学奖，在1959年、1966年、1967年和1968年，他还获得了美国物理学会的丹尼·海涅曼奖、美国原子能委员会的劳伦斯物理学奖、费城富兰克林学院的富兰克林奖章和美国科学院的卡提奖章。他是美国科学院的院士。他也是美国艺术和科学学院的成员。他在尼克松总统科学咨询委员会工作。他也是伦敦皇家学会的外国会员和法国物理学会的荣誉会员。他还被许多大学授予荣誉博士学位。作为“夸克之父”，盖尔曼现在已经70岁了——75岁。然而，他仍然主宰着粒子物理世界。他的几个明智的话讲述了科学、传说和生活本身的困惑，这正是贯穿本文的主线:“在我们的工作中，我们总是处于两难的境地；我们可能不够抽象，错过了重要的物理；我们也可能过于抽象，将模型中虚构的目标变成吞噬我们的真正怪物。”