杨振宁与规范场的故事.ppt

大自然有一种异乎寻常的美,杨振宁与规范场的故事,科学研究的成果，也是一种很美丽的诗歌。我们所探求的方程式就是大自然的诗歌。 杨振宁,早期生平 1945年8月28日取得清华大学物理系硕士学位后赴美深造。 1946年1月成为芝加哥大学博士研究生。,一、初来乍到,杨振宁开始时想和费米一起做实验，结果因为芝加哥大学核研究所还没有建成，费米去了阿贡实验室。阿贡实验室对外国人绝对保密。于是费米提议杨振宁跟随特勒教授做理论研究。 1946年秋，杨振宁想要通过物理实验做博士论文，于是费米推荐给了阿里森。阿里森主持着一个实验室。,二、小受挫折,但到了阿里森实验室之后，杨振宁发现自己在实验上缺少一种敏感性之类的东西。在实验室里笨手笨脚。阿里森特别喜欢说一个笑话：“哪里有杨，哪里就有噼啪响。” 此时，特勒教授也察觉到了杨振宁的不安，就建议他不必坚持写实验论文，而用之前已经写的理论论文进行充实作为博士论文。经过两天思考，杨振宁接受了建议。,三、灵感启动,1952年底，杨振宁对自己说：“1952年对我来说一事无成。”其原因是他同时对几个研究对象有兴趣，在他们之间“摇来摆去”，结果“努力并没有得到任何有用的结果”。 1953年夏，杨振宁前往布鲁克海文实验室工作，在布鲁克海文实验室期间，唤醒了杨振宁潜伏多年的思考。,杨振宁的回忆,布鲁克海文实验室有当时最大的加速器，能量高达3GeV，它产生介子和“奇异粒子”，在那里工作的各个实验小组不断获得非常有趣的结果与在普林斯顿（1949年秋-1953年夏杨振宁研究的地方）研究的物理学相比，感受是十分不同的。我认为两种感受各有长处,杨振宁的回忆,随着越来越多的介子被发现，我感到需要写出一种各类相互作用都应遵守的规律。 因此，在布鲁克海文我再一次回到把规范不变性推广出去的念头上来。,知识拓展,规范不变性也叫规范对称性。这是一种局域的变换不变性，它与整体对称性相对应。不同的自然规律在局域变换下保持不变，也就是具有某种规范不变性，这时需要引进一种基本力场。反过来说，从规范对称性出发，构造出一种基本立场的理论，这种理论就称为规范场理论。,规范不变性,四、大胆想法,“当时杨振宁产生了一个想法，把韦尔从电荷守恒定律中发现的规范不变性推广到其他守恒定律中去。杨振宁首先发现同位旋守恒与电荷守恒具有相似性，因此杨振宁试图将同位旋定域化，并研究由此产生的结果。”,五、取得突破,杨振宁与同一个办公室的米尔斯合作，写出了两篇论文（全名是同位旋守恒和一个推广的变换不变性与同位旋守恒和同位旋规范不变，发表在物理评论1954年第95和96卷上），文章中提出了一种新的场论非阿贝尔规范场理论（也叫杨-米尔斯理论） 当时富兰克林学会评价这一理论“深远地重新规划了最近40年物理学和现代几何学的发展”。,知识拓展,杨米尔斯理论,起源于对电磁相互作用的分析，利用它所建立的弱相互作用和电磁相互作用的统一理论，已经为实验所证实，特别是这理论所预言的传播弱相互作用的中间玻色子，已经在实验中发现。 杨米尔斯理论又为研究强子（参与强相互作用的基本粒子）的结构提供了有力的工具。在某种意义上说，引力场也是一种规范场。所以这一理论在物理中的作用非常重要。,米尔斯的回忆,1984年12月，在庆祝杨米尔斯场发表30周年大会上。米尔斯说：“杨振宁是一个才华横溢又是一个非常慷慨引导 别人的学者。我们不仅共用 办公室，杨振宁还让我共用 了他的思想。”,六、遭到否定,杨米尔斯理论在规范场粒子的质量和理论计算的重整化方面遇到了巨大的困难，当时科学家泡利认为“这是一个美丽动人的数学结构，但没有物理学的价值”。 其实1953年泡利也做过类似尝试最后无果而终，没有写出相关的动力学场方程。而杨振宁当时写出来了。1954年2月杨振宁在普林斯顿高等研究院报告了研究成果。,七、泡利刁难,在那场报告会上，泡利也参加了。杨振宁刚写下-i，泡利就提问场的质量是什么。杨振宁当时这个问题也没得出结论，就说还不知道。泡利随机接口“这不是一个充分的托词”，让杨振宁几乎下不了台。报告结束后杨振宁受到泡利的纸条“我已经无法再和你谈些什么了”。,知识拓展,关于杨米尔斯场论,当时杨米尔斯场论还不完善。简要说明存在的问题： 为使规范场理论满足规范不变性的要求，规范粒子的质量一定是0.由于相互作用的距离反比于传递量子的质量，0质量意味着杨米尔斯场的相互作用应该像电磁场和引力场那样是长程相互作用，但是这一点并没有在实验中显示出来。而且如果有质量的话会破坏规范对称。所以在刚提出的一段时间内人们一直认为它并无实际作用。,八、最终成功,直到20世纪60年代初，物理学家认识到自发对称破缺后才发现杨米尔斯场规范粒子可以在自发破缺下获得质量。1967年，格拉肖，温伯格，萨拉姆建立了建立在规范场理