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史蒂文·温伯格1979年诺贝尔物理学奖获得者,“电弱统一理论”的开拓者

诺贝尔奖 2024-02-27 10:15:40 嘞嘞

史蒂文·温伯格(Steven Weinberg)是著名的美国理论物理学家,他因提出并发展了基于对称性自发破缺机制的电弱统一理论而获得了1979年的诺贝尔物理学奖。这一理论成功地将电磁相互作用和弱相互作用这两种基本力纳入同一个数学框架内进行描述,极大地推动了粒子物理学的发展,并为标准模型的建立奠定了基础。温伯格与谢尔登·格拉肖和阿卜杜勒·萨拉姆共同分享了这一殊荣。他们的工作不仅在理论上具有重大意义,而且得到了实验物理学的验证,对现代物理学产生了深远的影响。

人物经历

1933年5月3日,史蒂文·温伯格出生于美国纽约。

1954年毕业于康奈尔大学,

1957年-1959年博士毕业后,温伯格到哥伦比亚大学做博士后。

1959年在加州大学伯克利分校做博士后。

1960年-1966年成为伯克利的教师。在此期间他研究过粒子物理中的许多课题,包括量子场论的高能行为,对称性破缺,π介子的散射,红外光子和量子引力。同时他还发展了导出量子场论的方法,这些方法成为后来他的著作《场的量子理论》的第一章。并且著手写《引力与宇宙学》。这两本书,特别是后者,是在各自领域最有影响力的教材之一。

1966年,温伯格离开伯克利,接受了哈佛大学提供的讲师职位。

1967年,他在《物理评论快报》发表了一篇只有三页纸的论文,阐述电磁力和弱核力如何作为统一的弱电力,预测了当时从未观察到的基本粒子(W、Z 和希格斯玻色子)的特性,并推测“弱中性流”决定了基本粒子如何粒子相互作用的理论。后来的实验包括2012年在瑞士大型强子对撞机 (LHC) 中发现的希格斯玻色子,都证实了他的预测。

1967年他成为MIT的客座教授。正是在MIT的这一年里,温伯格提出了统一电磁作用和弱相互作用的模型,其中他把弱相互作用的中间玻色子的质量来源归於对称性自发破缺,从而解决了质量项破坏规范对称性的问题。这一模型的重要结论之一是必须存在希格斯粒子。温伯格的模型称为电弱统一理论,它与格拉肖在1961年提出的模型具有相同的结构。这两个模型都预言了当时尚未发现的轻子之间的相互作用,称为中性流,通过Z0传播。

1973年实验上发现了Z0,验证了电弱统一理论。温伯格提出这一理论的文章是到2010年为止粒子物理中引用率最高的理论文章。

在这个辉煌的成果之后,温伯格在粒子物理中的许多方向继续研究,包括量子场论,引力,超对称,超弦和宇宙学,以及一个称为Technicolor的理论。

1967年之后,基本粒子理论的标准模型在许多人的努力下逐渐发展起来。其中电弱统一理论由温伯格,谢尔登·格拉肖和阿卜杜勒·萨拉姆一起完成,它与描述夸克之间强相互作用的理论相容,形成了一个整体的理论。

1973年温伯格提出了标准模型的一个不含有希格斯粒子的修改理论。

1973年温伯格成为了哈佛大学的希金斯教授。

1979年温伯格提出了对量子场论重整化的现代观点,认为所有的量子场论都是有效理论,并且改变了对以往理论(包括他自己在1967年文章中提出的理论)的看法,提出合理的量子场论都应该是可重整的。这个观点开辟了一系列有效理论的发展,包括量子引力,低能QCD和重夸克有效场论,它在研究中仍然有相当的吸引力。

1979年,在发现中性流-即发现Z玻色子-六年之后,以及在1978年实验验证了由於Z玻色子与电磁作用混合引起的宇称破缺的一年之后,温伯格和格拉肖,萨拉姆一起获得了当年的诺贝尔物理学奖。

1982年温伯格作为一个基金会的科学部主席来到德州大学奥斯汀分校,并且成立了该物理系的理论组。

2008年,温伯格在1976年提出的一种新的强相互作用(被李奥纳特·苏士侃称为Technicolor)再度成为热点,因为LHC计划开始运行,它作为排序问题的一个解决问题有可能被观测到。

生平贡献

电弱统一理论

温伯格与谢尔登·格拉肖和阿卜杜勒·萨拉姆一起发展了电弱理论,该理论将电磁相互作用和弱相互作用统一在一个数学框架中,并预言了W玻色子和Z玻色子的存在。这一成果最终得到了日内瓦欧洲核子研究中心(CERN)的实验验证,为此三人共同荣获1979年的诺贝尔物理学奖。

对称性破缺与希格斯机制

温伯格在1967年引入了对称性自发破缺的概念,这对于解释基本粒子的质量起源至关重要,这一机制后来被纳入标准模型,并且与彼得·希格斯等科学家的工作一同为发现希格斯玻色子奠定了理论基础。

量子场论研究

温伯格对量子场论的研究十分深入,他在《场的量子理论》一书中阐述了他的研究成果,该书成为了该领域的经典教材之一。

引力与宇宙学著作

除了粒子物理方面的贡献,他还致力于宇宙学的研究,著有《引力与宇宙学》,这部作品也是该领域的权威教材,其中涵盖了他对大爆炸模型、宇宙背景辐射以及早期宇宙状态的研究。

科普工作与科学普及

温伯格不仅是一位杰出的科研者,还是一位卓越的科普作家,其作品如《最初三分钟》揭示了宇宙诞生之初几分钟内发生的基本物理过程,深受读者喜爱,对公众理解宇宙起源及现代物理学的发展起到了积极的推动作用。

来源:百度百科
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