弦理论三先驱获2020年狄拉克奖

作者: Marina Menga

来源: 墨子沙龙

发布日期: 2020-08-12

2020年狄拉克奖授予三位对弦理论的建立作出先驱性贡献的物理学家,分别是安德烈·内沃、皮埃尔·拉蒙和米格尔·维拉宿。弦理论是一种将物质描述为由一维的微观客体——弦组成的理论框架,试图将爱因斯坦的广义相对论和量子力学结合起来。三位获奖者分别在弦理论的发展中做出了重要贡献,包括引入费米子自由度和发展超弦理论。

狄拉克奖是国际理论物理中心(International Centre for Theoretical Physics,ICTP)为纪念理论物理学家狄拉克而在1985年设置的奖项,被视为理论和数学物理领域的最高荣誉之一。近日,ICTP在意大利Trieste宣布了2020年狄拉克奖,三位对弦理论的建立作出先驱性贡献的物理学家获此殊荣。华人物理学家李雅达、张首晟、文小刚曾获得狄拉克奖。

国际理论物理中心(ICTP)将2020年狄拉克奖授予三位杰出物理学家——蒙彼利埃大学的安德烈·内沃(André Neveu),佛罗里达大学的皮埃尔·拉蒙(Pierre Ramond),以及罗马第一大学的米格尔·维拉宿(Miguel Virasoro),以表彰他们对弦理论的创立和形式化表述所作的先驱性贡献,将新的玻色和费米对称性引入物理学。

弦理论是基础物理的一种理论框架,其将物质描述为由一维的微观客体——弦所组成。这些弦可以被视为能量的微丝,它们以不同的模式振动。就像琴弦的不同振动模式产生不同的音符一样,弦的不同振动状态产生不同的基本粒子(通过赋予其质量、电荷等性质),如电子、中微子。

弦理论的最早发展出现在20世纪60年代末,当时它立即成为引力量子理论的一个有前途的候选理论。其最早版本是玻色弦理论,也就是说,它只描述了一类叫作“玻色子”的粒子。玻色子是自旋为整数的粒子,如光子、引力子、希格斯玻色子。另一方面,费米子是自旋为半整数的粒子,比如电子、质子、夸克。

20世纪60年代末,Miguel Virasoro在理论物理学领域开始一项雄心勃勃的工作,最初是和Gabriele Veneziano合作,后来是独自一人。这项工作主要集中在所谓的“Veneziano模型”的发展上,这是一种由一些特性来表征的数学模型,后来成为了第一个被认可的弦模型。受Veneziano“开弦”工作的启发,Virasoro发展了他自己的模型,后来被公认为“闭弦”模型。

在进行这些研究的时候,弦的理论还没有完全、清晰地发展起来,几年后,这些模型才被认为完美地描述了弦的物理学。

另一方面,André Neveu和Pierre Ramond把费米子自由度引入理论模型。事实上,Virasoro所做的大部分工作都致力于研究玻色弦,这是弦理论领域中最早被研究的弦。Neveu和Ramond扩展了这些工作,将计算扩展到包括物质的另外部分——由费米子组成的物质。

André Neveu在20世纪70年代早期与John Schwarz合作完成的这项工作,也由Pierre Ramond独立完成,现在被称为“RNS形式(RNS formalism)”,以其三位创始人的姓氏首字母命名。这是超弦理论的最早进展,将描述玻色弦的对称代数——Virasoro代数,推广到同样可以描述费米子的代数。

这一构想可以将宇宙中所有的粒子和基本力都表述为微小的超对称弦的振动,因此得名“超弦”理论,它同时解释了费米子和玻色子。

获奖者介绍:André Neveu,出生于法国巴黎,理论物理学家,研究领域包括弦理论和量子场论。他发展了第一个可以描述玻色子和费米子的弦理论,从而开启了超对称的想法(当时由几个研究小组独立发展),被认为是弦理论的先驱。Neveu曾就读于巴黎高师,自1989年起工作于蒙彼利埃大学理论物理研究所(现在的L2C,即查尔斯·库仑实验室)。他曾任加州大学伯克利分校访问教授。

Pierre Ramond,出生于法国塞纳河畔纳伊市,被认为是超弦理论发展的发起人。1970年代早期,通过将Virasoro代数推广为一种超共形代数(被称为超Virasoro代数),他完成了玻色弦理论的推广,使其同样适用于费米弦。他是佛罗里达大学的物理学杰出教授。他曾是费米实验室的博士后,随后成为耶鲁大学的讲师和助理教授。

他曾作为R. A. Millikan Senior Fellow在加州理工学院度过一段时光。

Miguel Virasoro,出生于阿根廷布宜诺斯艾利斯,因其在理论物理和数学物理领域的研究而闻名。他的大部分工作在意大利完成,现在是罗马第一大学教授,在那里他教授电磁学。他因对无限维李代数的巨大贡献而闻名,这是弦理论中一个至关重要的工具。与Giorgio Parisi和Marc Mezard合作,Virasoro在统计力学领域,特别是在无限维自旋玻璃态方面,作出了巨大贡献。

关于ICTP狄拉克奖:ICTP狄拉克奖是为纪念P.A.M.狄拉克而设立的,第一次颁发于1985年。狄拉克是20世纪最伟大的物理学家之一,也是ICTP忠实的朋友。每年的8月8日(狄拉克的生日),该奖项被授予对理论物理学作出重大贡献的科学家。狄拉克奖获得者都是世界顶级物理学家,其中很多人后来获得了诺贝尔奖、菲尔兹奖和沃尔夫奖。由杰出科学家组成的国际委员会从提名候选人名单中选出获奖者。

本次颁奖典礼将于2021年举行,三位获奖者将就他们的工作发表演讲。

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