形上集

南部陽一郎去世

南部陽一郎在思索規範對稱如何在超導體中消失了的那兩年,應該是他最快樂的時光。

撰文/高涌泉

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南部陽一郎去世

南部陽一郎在思索規範對稱如何在超導體中消失了的那兩年,應該是他最快樂的時光。

撰文/高涌泉

理論物理學家南部陽一郎今年7月5日逝世於日本大阪,享年94歲。《紐約時報》訃聞說,南部「對於自發對稱破缺現象的數學描述,有助於解釋次原子粒子的交互作用,並對於希格斯粒子,或稱『上帝粒子』,的預測有貢獻,因而獲得2008年諾貝爾物理獎。」文中特別提及希格斯粒子,因為這是過去幾年曝光度最高的物理名詞,一般大眾應該有所耳聞,這樣子介紹南部的研究工作,大家比較不會覺得陌生。

為了強調南部與希格斯粒子的連結,訃聞還引述了希格斯(Peter Higgs)在10幾年前受訪時講的一段話:「雖然我的名字在談及這個主題時經常出現,但其實是南部首先指出超導體能隙(energy gap)形成的機制,可以借用來產生費米子的質量。」希格斯這段話相當簡略,外行人無法從中理解什麼,不過連同之前的說明,還是可以大約解讀出以下的事:南部研究超導體理論,釐清了「自發對稱破缺」的意義,還把這個概念應用到粒子物理學,提議費米子(例如質子、中子)可因此獲得質量,然後希格斯進一步推廣南部的想法,預測了希格斯粒子的存在。

南部在諾貝爾演講中說,自己受到仁科芳雄、朝永振一郎與湯川秀樹等三位前輩的吸引而決定攻讀理論粒子物理學,於1952年獲得日本東京大學的博士學位,然後到美國普林斯頓高等研究院待了兩年,1954年轉到芝加哥大學,1958年成為該校的正教授。南部後來回憶在高等研究院那兩年間,總覺得每個人都比自己聰明,以至於還精神崩潰過一次。我們必須理解他那時在研究院的同事是戴森(Freeman Dyson)、楊振寧、李政道這種等級的人物。

南部如何鑽研超導理論的故事可說是一段傳奇:巴丁(John Bardeen)、古柏(Leon Copper)與施里弗(John Schrieffer)三人於1957年找到了BCS超導理論,團隊之一的施里弗到芝加哥大學演講此理論,坐在台下聽講的南部大受震撼,因為BCS理論用來描述超導體的波函數並不遵循規範對稱,有違基本原理;南部花了兩年,澈底弄清楚規範對稱何以不見了,並發揮創意,提議BCS波函數也可用來描述強交互作用。南部把源自凝態現象的概念應用到高能現象,在當時是開先河之舉。南部在東京大學求學期間接觸過凝態物理學,他自認這對於後來的研究很有幫助。