諾獎預測！今年物理學獎花落誰家？

作者 | 施郁（復旦大學物理學系教授）

按照我以前總結的規律^[1]，今年的諾貝爾物理學獎可能會授予粒子物理領域。

具體來說，可能會授予歷史上對認識強相互作用和夸克做出重要貢獻的理論物理學家。

可能性最大的是比約肯（James Bjorken，史丹福大學）。

比約肯

1967年，比約肯預言了電子-核子非彈性碰撞中的標度行為。

核子是指質子或中子。標度行為是說，決定碰撞機率分布的結構函數取決於能量和動量之比。

比約肯的預言一年後被史丹福直線加速器（SLAC）的實驗證實。

不久，費曼在此標度行為基礎上，提出核子由點狀的部分子組成^[2]。

後來，部分子被認為是夸克和膠子的高能近似。

做出實驗的三位實驗物理學家Jerome I. Friedman, Henry W. Kendall 和 Richard E. Taylor已經獲得1990年諾貝爾物理學獎。

另外，比約肯還曾和格拉肖（Sheldon Glashow）於1964年提出粲夸克。

比約肯還與德雷爾（Sidney Drell）合寫過《相對論量子力學》和《相對論量子場》教科書。

比約肯關於標度行為的預言是在阿德勒（Stephen Adler）的求和規則基礎上做出的。

阿德勒

阿德勒求和規則是說，正反中微子和核子散射的結構函數之差是一個常數。

阿德勒此前還有一個π介子與核子散射的求和規則（Weisberger也獨立發現）。

這些都是流代數理論的成果，流代數理論是蓋爾曼1964年提出，通過各種「流」的對稱性，研究夸克的性質。

阿德勒還闡明了手征反常（意思是，經典上因為違反守恆律而不能發生的過程，因為量子效應而可以發生）。

在阿德勒之前，貝爾（John Bell）和賈基夫（Roman Jackiw）已發現了手征反常。

另外，賈基夫在拓撲孤子（Jackiw-Rebbi模型）、有限溫度量子場論等方面的工作對於粒子物理和凝聚態物理都是重要的。

賈基夫

1972年，在流代數、深度非彈性散射、標度等理論和實驗進展的基礎上，蓋爾曼和弗里茲希（Harald Fritzsch）提出夸克的色自由度，並將非阿貝爾規範理論（又叫楊-米爾斯理論）用在上面，以膠子作為規範場，這就是量子色動力學 ^[3]。

蓋爾曼今年5月去世。

我在一篇文章里寫道：「由於諾貝爾獎一般不會授予已經得過諾獎的人，蓋爾曼的去世或許增加了弗里茲希與他人分享諾獎的可能性。」^[4]

弗里茲希

阿德勒（普林斯頓高等研究院）、賈基夫（麻省理工學院）、弗里茲希（慕尼黑大學）也有可能獲獎。

關於粲夸克的GIM機制也很重要。GIM是指格拉肖、伊利波洛斯（Jean Iliopoulos）和瑪雅尼（Luciano Maiani）。

1970年，他們用電弱理論表明，粲夸克的存在可以解釋在弱相互作用下，奇異數的改變不超過1 ^[3]。

1974年，丁肇中組和里希特（B.Richter）組發現J/ψ粒子，確認了粲夸克的存在乃至夸克模型的真實性，因此丁肇中和里希特分享了1976年諾貝爾物理學獎。

但是，得過諾獎的格拉肖還健在，又不大可能得第二次，因此伊利波洛斯和瑪雅尼目前也不大會得獎。

參考文獻：

[1] 施郁. 科學網博客，2009-9-11，2012-10-9，2015-9-29，2016-9-25，2017-9-29，2018-10-1；諾貝爾獎幾點回顧，現代物理知識，2018，30（6）：66-68

[2] 施郁. 費曼百年，知識分子，2018-11-11，2018 -11-18；永遠的少年：誕辰百年，逝世卅年，費曼的影響為何長盛不衰，科學，2018，70（6）：1-10

[3] 施郁. 規範理論一百年，知識分子，2019年3月31日; 科學，2019，71(3): 54-58 ; 71(4): 49-53

[4] 施郁. 紀念蓋爾曼，知識分子，2019年5月26日

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