三位科学家因“超重力”理论获300万美元物理学突破奖

 行业动态     |      2019-08-13 12:16

  最新消息,新一期的300万美元物理学突破奖刚刚揭晓!

  物理学突破奖全称“基础物理学突破奖”,属于“科学突破奖”的下设奖项,奖项由中国腾讯公司董事会主席马化腾、谷歌公司创始人之一谢尔盖·布林、脸书创始人马克·扎克伯格及其夫人等于2012年共同创立。每人奖金高达300万美元,以表彰他们在科学领域做出的重大突破性贡献。

  而最新一期的300万美元物理学突破奖由三位科学家塞尔吉奥·费拉拉、丹尼尔·弗里德曼和彼得·范尼文惠森包揽,以表彰他们在1976年的超重力理论发现突破。

  迟到43年的300万美元物理学突破奖

  43年前,也就是1976年,三位科学家塞尔吉奥·费拉拉、丹尼尔·弗里德曼和彼得·范尼文惠森聚在一起共同提出了超重力理论,43年后,这三位科学家终于实至名归,迟到了43年的物理学突破奖终于有了主人!

  就在今天,8月6日,塞尔吉奥·费拉拉(Sergio Ferrara)、丹尼尔·弗里德曼(Daniel Freedman)和彼得·范尼文惠森(Peter van Nieuwenhuizen)将因他们在1976年提出的超重力理论而获得300万美元的基础物理学特别突破奖。

  超重力发现之路

  说起超重力,超重力的发现是在描述时空动力学中加入量子变量的开始,而令人震惊的是,爱因斯坦的方程承认了我们所知的超重力的普遍性。

  在20世纪60年代和70年代,研究人员开发了粒子物理学的标准模型,该模型描述了四种已知的自然力中的三种——电磁力和强核力和弱核力。多年来,标准模型取得了令人难以置信的成功。例如,它预测了2012年发现的希格斯玻色子的存在。顺便说一下,玻色子和费米子是已知的两种粒子之一。这两类的区别在于它们不同的“自旋”,或角动量。费米子,包括夸克、轻子和所有的复合粒子,具有半整数的自旋——例如1/2。希格斯粒子,胶子和其他玻色子有整数自旋 -0,1等等。这可能看起来是一个微小的区别,但它会导致他们行为上的巨大差异。例如,费米子构成“正常”物质,而与暗物质相反,暗物质占物质宇宙的85%。

  然而,标准模型并不完整。首先,它不涉及爱因斯坦广义相对论所描述的第四种基本力——引力。此外,许多粒子的实际质量远低于模型预测的质量。

  因此,物理学家们一直在努力改进标准模型。其中一个突破出现在1973年,一个“超对称”的概念诞生,它假定每一个已知的粒子都有一个未被发现的伙伴。具体来说,每个玻色子都与一个“超级费米子”配对,而每个费米子又与一个“超级玻色子”配对。和标准模型一样,超对称性最初不包括重力。但费拉拉、弗里德曼和范尼文汇森改变了这一点。

  三位科学家的突破

  三位科学家的超重力研究始于1975年,当时费拉拉和弗里德曼在巴黎高等师范学院对此进行了讨论,随后这两个人很快就把已经在纽约石溪大学从事量子引力研究的范尼文汇森请了进来。

  他们三人共同设计了一个超对称理论,其中包括引力子的超对称伴侣引力子,引力子是一种假想的玻色子,用来调节引力。随后研究人员编写了一个新的计算机程序来进行最后的计算,这是很难用人工完成的,范尼文惠曾说,这个计算包含了大约2000个项,所有这些项都必须为零,才能使他们的超重力新理论成立。

  结果,经过几个小时的计算后得出了令人振奋的结果!超重力理论由此诞生!

  超重力理论的意义

  超重力是广义相对论的延伸,而不是取代。例如,威滕在1981年证明广义相对论的正能量定理时加入了超重力理论,随后他在1990年获得了著名的菲尔兹奖。

  在过去的四十年里,超重力对理论物理学产生了深远的影响。例如,它表明超对称性是我们在宇宙中观察到的现象的一个可行的解释,包括引力现象。超重力已经成为弦理论的一个组成部分,一个著名的“万物理论”的候选理论,它假设我们所观察到的粒子实际上是微小的,振动的弦。几十年来,超重力一直激励着物理学家,它可能蕴含着关于现实本质的深刻真理。

  久违的获奖:科学家哭了!

  费拉拉和范尼文惠珍都表示,虽然他们三人在43年前发展出了超重力,但是这一突破奖的消息令人震惊。

  费拉拉说:“我们真的很惊讶,因为它真的很久了!当然,我们很高兴能获得这个奖项,我们也很自豪能得到这个著名委员会的认可!

  弗里德曼之前在麻省理工学院工作,现在是斯坦福大学的客座教授。他激动地说:“当我放下电话时,我哭了,我不知所措,这对我的职业生涯来说是一个绝妙的顶峰。”

  费拉拉是意大利人,弗里德曼是美国人,范尼文汇曾是荷兰人。这三位科学家将于11月3日在位于硅谷的美国宇航局艾姆斯研究中心举行的2020年突破奖颁奖典礼上正式获得该奖项。祝贺他们!