物质世界的不对称之美

周宗良

2008年10月7日北京时间17点45分，瑞典皇家科学院在斯德哥尔摩宣布，将2008年度诺贝尔物理学奖的一半授予美国芝加哥大学恩里科·费米学院的南部阳一郎，以表彰他发现了亚原子物理中对称性自发破缺的机制，奖项的另一半由日本筑波高能加速器研究机构的小林诚和京都大学理论物理汤川研究所（汤川研究所因汤川秀树而命名，他曾获1949年诺贝尔物理学奖）的益川敏英分享，以表彰他们发现了对称性破缺的起源，并由此预言了自然界中至少三个夸克家族的存在。

南部阳一郎在对称性自发破缺方面作出了开创性的工作，其结果被称为南部-戈德斯通定理。他首先把凝聚态物理方法运用于粒子物理理论，提出了著名的南部-Jona-Lasinio模型。南部阳一郎由此获得了1994-1995年度的沃尔夫奖。小林诚和益川敏英提出解释“ＣＰ对称性破缺”现象的有关理论。现代物理学理论认为，在100多亿年前宇宙大爆炸时应同时产生同等数量的粒子与反粒子，粒子与反粒子在质量等方面相同，但在电荷等方面相反，两者相遇便会湮灭同时释放出能量。但实际情况并非如此，科学家并未在现今宇宙中找到与大量物质等量的反物质。1973年，小林诚和益川敏英提出了“小林－益川理论”，认为造成上述现象的原因是夸克的反应衰变速率不同。他们还预言存在６种夸克，按照现代物理学理论，夸克是比质子和中子等亚原子粒子更基本的物质组成单位。在小林诚和益川敏英提出预言之初，科学家只发现了3种夸克，因此一直难以证明他们的理论。1995年，6种夸克都被发现。2001年，日本和美国科学家确认了由夸克构成的正反粒子——B介子和反Ｂ介子的“CP对称性破缺”现象，从而证明了“小林－益川理论”。现在，“小林－益川理论”作为基本粒子物理学的一种基础“标准理论”，得到全球基本粒子物理学家的普遍认可。