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无冕之王!三名超引力理论发明者获得基础物理特别突破奖
2019-08-13 16:15 前瞻网   

上周,基础物理突破奖(Breakthrough Prize)向塞尔吉奥·费拉拉(Sergio Ferrara)、丹尼尔·z·弗里德曼(Daniel Z. Freedman)和彼得·范尼文惠森(Peter van Nieuwenhuizen)颁发了300万美元奖金,部分奖金由基础物理奖项拨出。他们是超重力理论的发明者。在石溪大学的网站上,有一篇关于彼得获奖反应的精彩采访。

“突破奖”的设立是为了对诺贝尔奖进行补充,奖励那些不可能获得诺贝尔奖、但又对科学做出了重大贡献的研究人员。只有理论物理学家的预测在后来的实验中被观察到的时候,诺贝尔奖才会颁发给这些物理学家。但许多理论家以他们的数学发明而闻名,其他理论家也会使用这些概念,并在这些概念的基础上建立其他概念,而且它们本身也不能做出可测试的预测。突破奖的设立就是为了表彰这些理论家,虽然它也颁给了诺贝尔奖委员会不能,或者不承认的其他人(各种大型实验合作,Jocelyn Bell Burnell),但理论学家一直是这个物理学奖项的主要焦点。

“突破奖”网站将超重力描述为一种结合了重力和粒子物理学的理论。这有点误导人:虽然该理论确实以“粒子物理学”的方式来研究重力,但与弦理论不同的是,它没有结合量子力学和重力来解决那些著名的问题。(至少就我们所知。)

更确切地说,超重力是一种通过超对称性将重力与粒子物理学的其他部分联系起来的理论。超对称性是玻色子(如光子、引力子或希格斯粒子)和费米子(如电子或夸克粒子)之间的一种关系。在超对称中,每种类型的玻色子都有一个费米子“伴侣”,反之亦然。在超重力中,重力本身也有一个伙伴,叫做引力子。超对称性将粒子及其伴侣的性质联系在一起:它们必须具有相同的质量和电荷。所以在某种意义上,它可以统一不同类型的粒子,在同一套规则下对它们进行解释。

在现实世界中,我们看不到质量和电荷相同的玻色子和费米子。如果引力子存在的话,那么超对称性就必须被“打破”,从而使它们具有高质量,也难以被发现。一些人希望大型强子对撞机能找到这些粒子,但现在看来它不会找得到了,所以目前没有证据证实超重力理论。

相反,超重力理论的成功在于成为理解其他重力理论的工具。当这个理论在20世纪70年代被提出时,人们认为它是弦理论的对手。但相反,多年来,它一直设法指出弦理论忽略的方面,例如,它注意到弦理论不仅需要弦,还需要称为“膜”的高维物体。现在,超重力理论被理解为广义弦理论的一部分。

我们试图为复杂的计算找到捷径。我们从玩具模型中获益良多:这些更简单、不切实际的理论让我们在将想法应用于现实世界之前可以先对其进行测试。超重力理论就是我们拥有的最好的玩具模型之一,这个理论使重力变得非常简单,简单得我们可以在研究中开始取得进展。现在,目前由研究人员正在LIGO(引力波望远镜)开发新的计算技术,但如果他们没有事先研究超重力理论的话,他们就永远不会发现这些技术。

Ferrara、Freedman和van Nieuwenhuizen提出的超重力理论,正是“突破奖”设立的初衷。超重力理论是一种有着深奥数学、丰富结构和广适用性的理论。当然,这样的理论不能保证能准确描述现实世界,不过可以肯定的是,有人会发现它很有用。

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责任编辑: 4041WCHEN

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