2005年11月11日，中國(guó)科學(xué)院愛(ài)因斯坦講座教授，“粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型”之父格拉肖（Sheldon Lee Glashow l932-）教授（美國(guó)哈佛大學(xué)和波士頓大學(xué)）應(yīng)邀來(lái)高能所訪問(wèn)，并做了題為“Comments about Particle Physics in China”的精彩報(bào)告。

格拉肖是世界著名的理論物理學(xué)家, 美國(guó)科學(xué)院院士。他1932年12月5日生于紐約，1954年畢業(yè)于康奈爾大學(xué)，1958年在哈佛大學(xué)獲得博士學(xué)位，1958-1960年在哥本哈根工作。1966年到哈佛大學(xué)任教，1967年起任教授。主要研究領(lǐng)域是基本粒子和量子場(chǎng)論。1976年獲奧本海默獎(jiǎng)，1979年與S．溫伯格、A．薩拉姆共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)，1991年獲Erice科學(xué)和平獎(jiǎng)。 

上個(gè)世紀(jì)60年代初，格拉肖在規(guī)范場(chǎng)理論的基礎(chǔ)上討論過(guò)弱相互作用和電磁相互作用統(tǒng)一的問(wèn)題，預(yù)言了中性弱流的存在，但沒(méi)有能夠從理論上得到有靜止質(zhì)量的中間玻色子。1975年，他和合作者一起在電弱統(tǒng)一理論和量子色動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上，提出了把弱相互作用、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用統(tǒng)一起來(lái)的大統(tǒng)一理論，在基本粒子和場(chǎng)論的理論研究以及宇宙學(xué)的研究中都有較大的影響。正是由于這些成就，他與S.溫伯格、A.薩拉姆共同獲得了1979年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型堪稱是二十世紀(jì)物理學(xué)取得的最重大成就之一。格拉肖教授是粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型奠基人之一，也是大統(tǒng)一理論的開(kāi)創(chuàng)者，他還成功地預(yù)言了粲夸克的存在。 

科學(xué)家們經(jīng)過(guò)多年的探索發(fā)現(xiàn)，世界上所有的物質(zhì)都是由百十種不同的元素構(gòu)成的，而元素又都由不同數(shù)目的質(zhì)子、中子和電子組成，而質(zhì)子、中子又有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，它們由夸克組成（左圖：一個(gè)質(zhì)子由兩個(gè)上夸克和一個(gè)下夸克組成，一個(gè)中子由兩個(gè)下夸克和一個(gè)上夸克組成），而 介子是由夸克和反夸克組成。質(zhì)子、中子、介子、輕子、光子等統(tǒng)稱為基本粒子，而基本粒子之間的相互轉(zhuǎn)化是因?yàn)榇嬖谥?、電磁力?IMG height=170 hspace=10 src="./W020091029574444387054.gif" width=120 align=right vspace=10 border=0 _fcksavedurl="http://www.ihep.ac.cn/kejiyuandi/news/051115-Glashow/glasho3.gif" OLDSRC=W020091029574444387054.gif />弱力和強(qiáng)力4種自然力的相互作用。其中，幾乎所有的粒子之間都存在引力，但電磁力只存在于帶電粒子之間。 

這4種力之間有何關(guān)系？物理學(xué)家們一直力圖找到把它們統(tǒng)一起來(lái)的途徑。 格拉肖（右圖）是最早涉足弱力和電磁力統(tǒng)一研究領(lǐng)域的。 弱力的強(qiáng)度只有電磁力的千分之一，它們是完全不同的兩種自然力，1961年，格拉肖提出：弱力和電磁力的雖然似乎沒(méi)有相似之處，但可以從用數(shù)學(xué)方式對(duì)這兩種自然力的描述中看出它們?cè)谀承┓矫娴南嗨菩裕趿碗姶帕Φ慕y(tǒng)一并不是沒(méi)有可能的。格拉肖巧妙地運(yùn)用"規(guī)范場(chǎng)"的方法，搭起了統(tǒng)一弱力和電磁力的框架。非阿貝耳規(guī)范場(chǎng)論是楊振寧和密耳斯（RL.Mills）在1954年提出的。但格拉肖沒(méi)辦法解釋的是：弱力的作用非常微小，傳遞弱力的粒子卻很重，它的質(zhì)量約為質(zhì)子質(zhì)量的幾十倍到百倍。為何"傳遞子"具有那么巨大的質(zhì)量呢? 

溫伯格（S.Weinberg，1933-）（左圖）是格拉肖的同事，在研究自然力的統(tǒng)一問(wèn)題時(shí)也遇到了同樣的問(wèn)題。 溫伯格注意到英國(guó)物理學(xué)家赫格斯在一篇論文中的論述：可以利用真空的某些性質(zhì)，使本來(lái)沒(méi)有質(zhì)量的規(guī)范場(chǎng)，體面地獲得質(zhì)量。 溫伯格受到很大啟發(fā)，運(yùn)用這種思路在1967年成功地把弱力和電磁力統(tǒng)一起來(lái)。與此同時(shí)，巴基斯坦物理學(xué)家薩拉姆（A.Salam，1926-1996）（右圖）的研究也獲得了類似的結(jié)果。 他們闡明了作為規(guī)范場(chǎng)粒子是可以有靜止質(zhì)量的，計(jì)算出這些靜止質(zhì)量同弱作用耦合常數(shù)以及電磁作用耦合常數(shù)的關(guān)系。

這個(gè)理論中很重要的一點(diǎn)是預(yù)言弱中性流的存在，而當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)上并沒(méi)有觀察到弱中性流的現(xiàn)象。由于沒(méi)有實(shí)驗(yàn)的支持，所以當(dāng)時(shí)這個(gè)模型并末引起人們的足夠重視。1973年，歐洲核子中心和美國(guó)費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室在氣泡室實(shí)驗(yàn)中相繼發(fā)現(xiàn)了弱中性流（左圖），人們才開(kāi)始重視此模型。

三位科學(xué)家創(chuàng)立了弱電統(tǒng)一原理：弱力和電磁力實(shí)際上是同一種力--電弱力的不同表現(xiàn)，1979年，他們共同獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)（右圖）。

科學(xué)家致力于驗(yàn)證這一理論的研究，要在實(shí)驗(yàn)中尋找產(chǎn)生弱作用傳播子W^±和Z⁰，有兩個(gè)條件是必須具備的：一是對(duì)撞的粒子必須具有足夠高的能量，以便有可能產(chǎn)生重質(zhì)量粒子W^±和Z⁰；另一是碰撞的次數(shù)必須足夠多，才會(huì)有機(jī)會(huì)觀測(cè)到極為罕見(jiàn)的特殊情況。前者是魯比亞的功勞，后者是范德梅爾的功勞。

魯比亞建議將歐洲核子研究中心（CERN）最大的質(zhì)子同步加速器（SPS）作為正反質(zhì)子的儲(chǔ)存環(huán)。質(zhì)子束和反質(zhì)子束在儲(chǔ)存環(huán)中沿相反方向作環(huán)形運(yùn)動(dòng)，然后在特定位置相互碰撞。在SPS存儲(chǔ)環(huán)的周邊上安排有兩個(gè)碰撞點(diǎn)，碰撞點(diǎn)周圍裝有巨大的探測(cè)系統(tǒng)，可以記錄碰撞生成的粒子的信息，從而進(jìn)行尋找弱作用傳播子W^±和Z的實(shí)驗(yàn)。范德梅爾提出了隨機(jī)冷卻的方法，可以使粒子束得到“冷卻”，提高束流密度，進(jìn)而提高對(duì)撞機(jī)的亮度，使實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)W^±和Z⁰粒子成為可能。

1983年1月20-21日，在CERN這臺(tái)質(zhì)子—反質(zhì)子對(duì)撞機(jī)上工作的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)組分別宣布發(fā)現(xiàn)了W^±——特性與弱電統(tǒng)一理論所期待的完全相符的規(guī)范粒子。由于產(chǎn)生Z⁰的機(jī)會(huì)要比產(chǎn)生W±的機(jī)會(huì)小10倍，在花費(fèi)4個(gè)月時(shí)間后想辦法將加速器束流的亮度提高了10倍。1983年5月4日，魯比亞領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)組終于找到了Z⁰的第一個(gè)事例。W^±和Z°粒子的發(fā)現(xiàn)及其性質(zhì)最終確定了弱電統(tǒng)一理論的正確性，對(duì)揭示弱作用本質(zhì)有重大意義。

目前，粒子物理研究已經(jīng)深入到比強(qiáng)子更深一層次的物質(zhì)的性質(zhì)的研究。更高能量加速器的建造，將為粒子物理實(shí)驗(yàn)研究提供更有力的手段，有利于產(chǎn)生更多的新粒子，以弄清夸克的種類和輕子的種類、性質(zhì)、以及可能的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

超對(duì)稱大統(tǒng)一理論（電磁作用、弱作用和強(qiáng)作用統(tǒng)一起來(lái)）近年來(lái)引起相當(dāng)大的注意。但即使在最簡(jiǎn)單的超對(duì)稱大統(tǒng)一模型中，也包含近120個(gè)參數(shù)，表明這種理論還包含著大量的現(xiàn)象性的成分，它還要走相當(dāng)長(zhǎng)的一段路，才能成為一個(gè)有效的理論。

高能所科技處制作 資料來(lái)自高能物理學(xué)發(fā)展簡(jiǎn)史、諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)歷史回顧、三思科學(xué)、中國(guó)公眾科技網(wǎng)等