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新知丨“脚注”的杀伤力:卡比堡教授何以错失了诺贝尔奖?


文章作者:www.ipssc.com.cn 发布时间:2020-02-23 点击:1331



众所周知,描述夸克混合和电荷共轭(电荷共轭和宇称对称)破坏的幺正矩阵叫做卡比博-小林-马斯卡(CKM)矩阵。其主要贡献者是意大利的尼科拉卡比博、日本的小林诚和日本的马斯卡瓦。然而,2008年诺贝尔物理学奖被授予了三位日本理论物理学家,南部阳一郎(南部优一郎),小林和石川康弘,这让卡普伯格和许多业内人士感到惊讶。为什么斯德哥尔摩抛弃了卡皮堡教授,选择了一个看似无关的南方教授?小林和一川是否仅仅因为他们将着名的“卡比波角”扩展到了一个3×3的正矩阵,其中包含了一个非平庸的阴极保护相,就配得上这个奖项?这一事件背后还有其他让意大利人悲伤和愤怒的未知原因吗?

是的。内阁错过诺贝尔奖至少有两个致命的纯学术原因,这可能超出许多粒子物理学家的想象。

首先,尽管他在1963年发表的关于“海角内阁”的学术论文具有里程碑意义,至今已被引用6000多次,但其核心思想并不是第一个!第二,尽管小林和一川在1973年发表的论文似乎将卷心菜的2×2夸克混合矩阵扩展到3×3夸克混合矩阵,从而自然地引入了破坏CP对称性的相,但事实并非如此。小林和边川的论文实际上是一篇关于纯场论的文章。他们的主要任务是检验电弱统一模型中CP破坏的动力学机制,发现CP非守恒只有在第二代夸克模型扩展到第三代时才能实现。相比之下,包心菜的论文只解释了当时实验观察数据的现象学工作。然而,两位日本理论家的论文不仅从场论的角度指出了夸克混合和CP破坏的动力学原因,而且一口气预言了三个新夸克的存在。最后,通过实验证实了这两个方面。

那么,是谁在内阁之前提出了类似“内阁角”的想法来解决当年β衰变实验数据与当年理论预期不符的问题?

他们不是别人,正是“夸克之父”,美国理论物理学家默里盖尔曼和他的法国合作者莫里斯利维。在1960年3月意大利专业杂志《新探索》 (Nuovo Cimento)上发表的题为“β衰变中的轴向矢量流”的论文中,盖曼和利维增加了一个脚注(如图所示)来讨论矢量流守恒假设和实验结果之间的矛盾,指出β衰变矢量流中涉及中子和λ重子的部分可能分别含有因子。当当前的实验值取0.97时,可以确定这个结果只能解释λ重子衰变的低概率。如果上述因子分别设置?猚osθ和sinθ,相应的混合角θ描述了两代夸克的质量本征态和相互作用本征态之间的失配。事实上,这个角就是夸克混合角,它将在未来以卷心菜命名。

gherman和Levy的文章至今已被引用近2000次,无疑具有重要的学术价值。更重要的是,这篇论文启发了名古屋学派的牧二郎(自然卷)、中川正美和坂田昌一(酒田正一)在1962年提出了两代中微子之间“味道混合”的物理图像。后者是着名的MNS轻子混合矩阵的原型,它为布鲁诺庞蒂科沃等人推断未来中微子振荡的概率提供了必要的前提。

1963年4月底,在欧洲粒子物理研究所工作的卡贝完成了他的历史性论文《酉对称性和轻子离子衰变[1》,解释了当时各种重子β衰变率的实验测量。据说他当时非常兴奋,跑到同样在欧洲粒子物理研究所工作的荷兰物理学家马丁斯维尔特曼的办公室,告诉维尔特曼:这实际上是一个角落的事情!维尔特曼听了内阁的解释,开玩笑说:“那就把这个角落叫做‘内阁角落’!一个半月后,美国杂志《物理评论快报》发表了他自己的杰作。

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