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粒子物理學一生的信徒:諾獎得主維爾特曼去世,享年89歲
在科普圖書《神奇的粒子世界中》,1999年諾貝爾物理學獎獲得者馬丁努斯·維爾特曼(Martinus Veltman)寫道,如果說,20世紀前半葉由相對論和量子力學所主導(dǎo),那么毋庸置疑,后半葉的明星就是粒子物理學。其他諸如超導(dǎo)領(lǐng)域的發(fā)現(xiàn),都只是寬度上的,而非深度上的,不足以改變我們理解自然本質(zhì)的方式。
諾貝爾獎網(wǎng)站顯示,這名荷蘭物理學家已于1月4日去世,享年89歲。
維爾特曼的物理人生就始于一本關(guān)于相對論的科普圖書。在他的青年時代,歐洲鮮有人研究粒子物理,維爾特曼卻篤定地選擇了這個方向,幾乎憑借一己之力在荷蘭創(chuàng)立了自己的粒子物理明星團隊。

現(xiàn)代物理學認為自然界存在四大基本力,分別是引力、電磁力、強相互作用和弱相互作用。
1960年代,格拉肖、薩拉姆和溫伯格三人提出了電弱統(tǒng)一理論,認為電磁力和弱相互作用其實本質(zhì)上是同一種相互作用。在宇宙早期只有弱電相互作用,隨后因冷卻而能量下降,才分化成了兩種基本力。這一理論也預(yù)言了攜帶弱電力的W和Z玻色子的存在。
不過,這一理論一開始并未收獲重視。它產(chǎn)生了無窮多的無意義表達式,似乎不太可能用于進行精確的計算。
直到1970年代早期,維爾特曼與他曾經(jīng)的天才博士生杰拉德·霍夫特(Gerard’t Hooft)一起提出并檢驗了一種深入闡明弱電相互作用的數(shù)學理論,用弱電統(tǒng)一理論計算粒子的性質(zhì)才成為可能。
1983年,歐洲核子中心(CERN)的大型正負電子對撞機上首次探測到了W和Z玻色子,實驗值后來被發(fā)現(xiàn)與計算值相符合。格拉肖三人從而斬獲1979年諾貝爾物理學獎,維爾特曼師徒則共享20世紀的最后一個諾貝爾物理學獎。
在維爾特曼詼諧的自述里,我們能讀到一段波折而執(zhí)著的科學人生。
1931年6月27日,維爾特曼出生在荷蘭南部一個名為瓦爾維克的小鎮(zhèn),父親是當?shù)匦W的校長。二戰(zhàn)期間,由于瓦爾維克靠近前線,他在盟軍的炮火中度過了童年,并培養(yǎng)出了一樣危險的興趣愛好:拆開啞火的坦克炮彈中提取火藥。
此外,就是電子產(chǎn)品。德國人沒收了幾乎所有的收音機,他愛去當?shù)氐乃芄ぜ依锩赓M幫工,學到了電子學知識。
維爾特曼的語言能力很差,勉強通過了要求三門外語的高中畢業(yè)考試,分數(shù)很低。但在高中物理老師的強烈建議下,他父母還是送他去了90分鐘火車車程的南烏德勒支大學。維爾特曼后來說到,許多物理學家的科學生涯都歸功于一名高中好老師。
那時候,許多優(yōu)秀的物理學家要么被殺,要么離開了荷蘭,大學教育狀況很糟糕。維爾特曼度過了平庸乏味的三年,畢業(yè)后一度以打字和推銷勉強度日?!拔覠o法把東西賣給任何人,事實上,這句話后來對于我的科學生涯來說也是一貫正確的?!?/p>
后來,維爾特曼偶然發(fā)現(xiàn)了一本關(guān)于相對論的暢銷書,很是興奮,就跑去理論物理研究所大費口舌,要到了一本愛因斯坦的著作。
1955年,他在阿姆斯特丹的范德華實驗室找到了一份助理工作,主要任務(wù)是管理圖書館。不過,他對范德華實驗室的主要研究方向統(tǒng)計力學從未感到絲毫興趣。維爾特曼曾經(jīng)嘲諷道,你們把所有有趣的東西都平均掉了。
1959年,服完兩年兵役以的維爾特曼“年事已高”(27歲),但還是被好心的萊昂·范霍夫(Leon Van Hove)接收為了博士生,開始真正的理論研究。他還是想做當時歐洲鮮少有人問津的粒子物理學。
1959年的春天還有一段歷史的戲劇性插曲,他去了愛丁堡的一所學校,遇到了當時還是學生的格拉肖。
1960年,范霍夫出任歐洲核子中心理論部主任,維爾特曼追隨他去了瑞士日內(nèi)瓦。在那里,他完成了關(guān)于不穩(wěn)定粒子的研究論文,老師帶著維爾特曼穿著燕尾服、打著白領(lǐng)結(jié)參加了博士畢業(yè)慶典。
很多年后,維爾特曼發(fā)現(xiàn)這一幕其實是斯德哥爾摩頒獎典禮的預(yù)演,只不過他的角色從被老師帶著的學生,變成了帶著學生的老師。
在歐洲核子中心,維爾特曼的另一關(guān)鍵經(jīng)歷是近距離接觸了中微子實驗。后來,他一直深信實驗對于物理學進步的重要性?!皩嶒?zāi)茏屛艺J識到什么是重要的,哪些是好人。所有的理論學家都應(yīng)該有這樣的經(jīng)歷。然而,這在如今已經(jīng)不切實際。這些實驗已經(jīng)成為涉及數(shù)百名物理學家和大量工程的宏大事業(yè)?,F(xiàn)代實驗家往往是經(jīng)理人而非物理學家?!?/p>
1966年,維爾特曼回到烏德勒支,繼任范霍夫的理論物理教授職位,從零開始建立粒子物理研究團隊。
1968年4月,維爾特曼迎來了學術(shù)生涯的轉(zhuǎn)折點。當時,他正在洛克菲勒大學進行為期一個月的訪問。在那所安靜的校園里,維爾特曼開啟了后來贏得諾獎的發(fā)現(xiàn)之旅。
他在烏德勒支培養(yǎng)出了包括霍夫特在內(nèi)的幾個優(yōu)秀學生,團隊的名聲逐漸響亮。當然,維爾特曼有很多一些學生后來是在別的領(lǐng)域做出了成績。這令他相信,理論物理學是一門很好的學科,它的科學方法在現(xiàn)代社會的許多崗位上都有用?!叭缃胥y行界滿是粒子理論家?!?/p>
然而,在合作解決了電弱相互作用模型的重正化后,維爾特曼卻與風頭正盛的學生霍夫特日漸疏遠。1980年,維爾特曼受邀前往密歇根大學休假一年,最終因為種種原因選擇了留居美國。
此后,他曾在費米國家實驗室、斯坦福直線加速器中心、布魯克·海文國家實驗室擔任職位。
維爾特曼曾引述海外荷蘭人常說的一句俗語:“寧思鄉(xiāng),不回鄉(xiāng)。”不過,在退休后,他還是帶著妻子回到了1981年離開的荷蘭比爾托文鎮(zhèn),與老朋友和親人們團聚。不過,他們的孩子們留在了美國。維爾特曼覺得,他們不適合在荷蘭生活,下雨天太多了。





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