大國院士 第七百四十九章強(qiáng)核力與電弱理論的統(tǒng)一(1)

在物理學(xué)界為一位偉大的學(xué)者逝去而感到悲傷的時候。

另一邊，金陵。

紫金山腳下的別墅群中，徐川正將自己關(guān)在書房中，潛心研究著強(qiáng)弱電三力在數(shù)學(xué)上的統(tǒng)一。

希格斯教授寄給他的手稿中，有一些以前他沒有看過，也未曾想到過的思路和方向。

沿著這些點(diǎn)走下去，不說一定就能統(tǒng)一強(qiáng)電，但在這條路上再次前行一段距離，應(yīng)該是沒有什么太多的問題的。

到目前為止，人類認(rèn)識到的自然界中的基本相互作用力有4種。

分別是引力，電磁力，弱力和強(qiáng)力。

這種四種力的作用強(qiáng)度千差萬別，作用范圍也不一樣。

如果以量綱為一的耦合常數(shù)來表示力的大小，強(qiáng)力的耦合常數(shù)是電磁力的100倍，是弱力的10倍，和引力相比更達(dá)到了天文數(shù)字10倍。

但引力的本質(zhì)至今是什么，仍然沒有一個準(zhǔn)確的答案。

所以在沒有具體化引力的本質(zhì)之前，想要將其統(tǒng)一到標(biāo)準(zhǔn)模型里面，或者說建立一個新的模型將引力統(tǒng)一進(jìn)去，是一件不可能的事情。

而如果拋開引力這個在數(shù)學(xué)上存在難以解決的障礙后，標(biāo)準(zhǔn)模型中最大的缺陷，那自然就輪到了強(qiáng)核力與弱核力、電磁力的統(tǒng)一了。

作為一名物理學(xué)家，徐川對于強(qiáng)核力與電弱理論統(tǒng)一的研究，兩輩子都沒有停止過。

不過對于當(dāng)今物理學(xué)界來說，這一點(diǎn)其實是可以暫時拋開來不談的。

簡單的來說，規(guī)范玻色子的規(guī)范變換是可以準(zhǔn)確地利用一個稱為“規(guī)范群”的酉群去描述。

從粒子物理上來說，標(biāo)準(zhǔn)模型可以說是物理學(xué)史上最成功的理論。

而強(qiáng)相互作用的規(guī)范群是SU(3)，而電弱作用的規(guī)范群是SU(2)×U(1)。所以標(biāo)準(zhǔn)模型亦被稱為SU(3)×SU(2)×U(1)。

雖然這四種力的性質(zhì)迥然不同，但它們在物理上都用場論描述，它們的統(tǒng)一自然也是在場論描述方法上的統(tǒng)一。

不過相對的，標(biāo)準(zhǔn)模型也有很多的不足。

而除此之外，還有牛頓提出來的萬有引力，以及量子力學(xué)中的引力是由于兩個粒子交換引力子導(dǎo)致的等觀點(diǎn)。

目前來說，物理學(xué)界主流的解釋觀點(diǎn)是愛因斯坦提出來的：引力的本質(zhì)是時空彎曲。

最大的缺陷，那自然是它的創(chuàng)立者之一溫伯格指出的：“標(biāo)準(zhǔn)模型無法統(tǒng)一引力，它對于引力的描寫，存在著難以克服的數(shù)學(xué)障礙。”

很簡單，因為引力的本質(zhì)是什么，這是一個說了上百年也沒有說清楚的問題，至今物理學(xué)界都沒能對引力的本質(zhì)給出一個準(zhǔn)確的答案。

而數(shù)學(xué)上，四大力都用規(guī)范群來描述。因此規(guī)范對稱性在尋求自然界中各種相互作用的量子理論和統(tǒng)一力的嘗試中起著重要作用。

但遺憾的是，即便是量子理論將強(qiáng)核力與電弱理論統(tǒng)一到了一起，在數(shù)學(xué)上如何完成這份工作依舊是一件可望而不可及的想法。

電弱統(tǒng)一理論與量子色動力學(xué)在標(biāo)準(zhǔn)模型中合并為一，通過規(guī)范場論將費(fèi)米子跟玻色子配對起來，用以描述費(fèi)米子之間的力。

在量子場論里，和電磁相互作用一樣，把質(zhì)子與中子約束在原子核內(nèi)的強(qiáng)力和在核子中引起β衰變過程的弱力都是規(guī)范相互作用，它們滿足各自的規(guī)范對稱性。

引力和電磁力都是長程力，而弱力和強(qiáng)力是短程力，分別在10m和10m的距離內(nèi)發(fā)生作用。

在這方面，標(biāo)準(zhǔn)模型已經(jīng)給出了物理上的答案。

進(jìn)入二十一世紀(jì)后后，電弱統(tǒng)一理論和描述強(qiáng)作用的量子色動力學(xué)(QCD)一起構(gòu)成了粒子物理的標(biāo)準(zhǔn)模型。

而即便是這樣，即便是他早已經(jīng)站在了物理學(xué)界的巔峰，對于如同統(tǒng)一這兩者依舊沒有太多的想法。

這輩子學(xué)習(xí)的數(shù)學(xué)雖然一度帶給他了繁多的榮耀，也解決了不少的問題，比如霍奇猜想、NS方程這些千禧年難題，但對于突破自己曾經(jīng)在物理學(xué)前沿上的邊界，似乎并沒有太大的幫助的感覺。

這讓他這兩年在研究三力統(tǒng)一的時候，一度產(chǎn)生了數(shù)學(xué)在這方面似乎并沒有多大用處的感覺，有些懷疑頂尖的數(shù)學(xué)到底能夠在實驗之前幫助自己找到一條真正的路。

這種想法在最近兩年的時光中一直充斥在他腦海中，也是他在完成了楊米爾斯存在性和質(zhì)量間隙難題后一直都沒怎么重新踏入數(shù)學(xué)領(lǐng)域的原因之一。

這種話如果說出去，或許會被人批死，也有可能會有更多的人覺得他在炫耀。

畢竟在楊米爾斯存在性和質(zhì)量間隙難題后，他可是干掉了弱黎曼猜想這個解析數(shù)論中最頂尖的難題。

不過真實的情況的確是他腦海中的想法一樣，弱黎曼猜想的研究其實是在研究愛因斯坦羅森橋的過程中意外得到的靈感而已。

而他之所以想研究愛因斯坦羅森橋，不僅僅是因為時空洞這一概念吸引人，更是因為他想證明自己當(dāng)初的選擇沒有錯。

數(shù)學(xué)，在頂尖物理的研究上，有著突破性的幫助。

現(xiàn)在，他或許可以回答這個答案了！

書房中，徐川盯著眼前的稿紙，嘴里在不自覺的輕聲念叨著。

“眾所周知，在量子場論里，力的強(qiáng)度依賴于力的媒介粒子的質(zhì)量和耦合常數(shù)。而質(zhì)量來自對稱性的自發(fā)破缺；耦合常數(shù)則是出現(xiàn)在理論基本方程中的數(shù)，刻畫了媒介粒子在反應(yīng)中被發(fā)射和吸收的強(qiáng)度.”

“從電弱對稱性破卻的能級來看，超對稱提供了一個可以描述費(fèi)米子和玻色子的框架。它在通常的四維時空上附加另外的四維超空間用以容納費(fèi)米子奇異的幾何性質(zhì)。”

“那么強(qiáng)核力在破缺的時候，其關(guān)鍵就在于夸克的自由漸進(jìn)上。”

記憶中那些對他而言不可能忘卻的知識在這一刻匯聚成一道道小小的溪流，沿著物理的高地朝著最終的雄關(guān)匯聚而去，一點(diǎn)一滴的聚聚在城墻之下，沖蕩這座物理學(xué)大廈的圣地。

就在徐川閉關(guān)研究強(qiáng)核力與電弱理論統(tǒng)一的時候，第三天，一則電話打到了他的手機(jī)上。

雖然對某個問題進(jìn)行研究的時候，他的手機(jī)會調(diào)整成工作模式，進(jìn)而屏蔽掉絕大部分人的來電。

不過考慮到一些緊急情況，還是有一些親友是安置在白名單里面的。

對于這些親友來說，只要連續(xù)撥打兩次電話，那么來電則會通過工作模式的審核，進(jìn)入他視線。

隨手拾起了放在書桌角落邊的手機(jī)，徐川看了一眼來電顯示，電話是愛德華·威騰打過來的。

“喂，導(dǎo)師，有什么事嗎？”

目光轉(zhuǎn)回書桌上的稿紙，他隨口問道。

“希格斯教授的哀悼會時間確定下來了，就在三天后，愛丁堡大學(xué)那邊聯(lián)系不上你，想通過我?guī)兔枂柲銜^去嗎？”

電話中，愛德華·威騰的聲音從地球的另一邊傳遞了過來。

對于物理學(xué)界來說，希格斯教授可以說是當(dāng)代理論物理學(xué)和粒子物理學(xué)影響力最大的學(xué)者之一，他的離世對于學(xué)術(shù)界乃至全世界來說都是一個重大的損失。

而鑒于希格斯教授的影響力，他的母校愛丁堡大學(xué)在征求了他直系親屬的意見后，決定在愛丁堡大學(xué)舉辦一場哀悼會。

邀請的學(xué)者中，作為最年輕諾獎得主的徐川自然在其中，只不過等愛丁堡大學(xué)的行政人員確定的時候，他已經(jīng)進(jìn)入了研究模式，手機(jī)也調(diào)整成了工作模式，自然無法收到對方的聯(lián)絡(luò)。

因此愛丁堡大學(xué)聯(lián)系到了徐川曾經(jīng)的導(dǎo)師，普林斯頓的愛德華·威騰，希望他能夠幫忙轉(zhuǎn)達(dá)一下消息，咨詢一下對方是否會前來參加哀悼會。

聽到威騰的詢問，徐川沉默了下來。

老實來說，這場哀悼會他應(yīng)該去參加。

希格斯教授雖然不是他名義上的導(dǎo)師，但上輩子在粒子物理和高能物理領(lǐng)域?qū)λ闹R傳授完全可以是一位真正的導(dǎo)師了。

而這一世，在兩人連面都沒有見過的情況下，更是選擇將自己對強(qiáng)電統(tǒng)一理論、暗物質(zhì)、引力、愛因斯坦羅森橋（時空洞）這些東西的思考留給了他。

這是一份無法用錢財來衡量的寶貴財富，甚至極有可能從未對外發(fā)表過。

如果希格斯教授將其留給后人或者是其他學(xué)者，完全有可能在此基礎(chǔ)上造就出一位具有極大名聲的學(xué)者出來。

但他仍然將其不遠(yuǎn)萬里送給了自己。

這一份恩情，已經(jīng)無法親自償還了。

而希格斯教授的追悼會，他應(yīng)該去。

然而.

思索著腦海中的那些破事，徐川輕嘆了口氣，沉默了一下后艱難的開口道：“對不起，導(dǎo)師，我恐怕很難出去。”

“我只能安排一位能代表我的人過去參加哀悼會，實在是很抱歉。”

愛德華·威騰點(diǎn)了點(diǎn)頭，開口道：“嗯，我能理解。”

雖然學(xué)術(shù)界離那些骯臟的事情比較遙遠(yuǎn)，但這并不代表威騰不了解這些東西。

有些時候，太過于天才也是一件不幸的事情。

不過幸運(yùn)的是，他這個學(xué)生生在了一個有足夠能力保護(hù)他的國家中。否則以他今天的成就，要么移民成為其他國家的人才，要么則

輕嘆了口氣，威騰也沒多想，順口轉(zhuǎn)移話題問道：“對了，CRHPC的修建情況如何了？”

盯著面前的稿紙，徐川不假思索的回道：“現(xiàn)在已經(jīng)在進(jìn)行收尾工作了，預(yù)估今年下半年九月份左右能完工正式開啟測試工作。”

聞言，威騰臉上露出了驚訝的表情，詫異道：“如果我沒記錯的話，你們的CRHPC修建工作是前年才正式開工的吧？這才兩年多的時間，就已經(jīng)快要修建完成了的？”

感受到威騰話語的中的驚訝，徐川笑了笑，自豪道：“華國是一個強(qiáng)大的國家，也是動員能力最罕見的國家，兩年多的時間完成CRHPC對撞機(jī)的修建，這并不是什么不可能做到的事情。”

“但這也太讓人感覺到不可思議了！”

威騰感慨了一句，接著道：“我還以為你們會落后CERN的進(jìn)度很多的，沒想到現(xiàn)在看來，頂多落后三個月的時間而已。”

聽到威騰的感慨，徐川挑了挑眉，有些意外。

“導(dǎo)師，你是LHC的升級工作在六月份能完成？”

自從和CERN那邊鬧僵以后，在米國的支持下，歐洲原子能中心就展開了和華國在粒子物理和高能物理領(lǐng)域的競賽。

LHC的升級工作比華國率先開始，試圖圍繞著升級后的高亮度LHLHC搶先展開對惰性中微子和暗物質(zhì)的探測。

但就歐洲佬和米國的性格，要想短時間內(nèi)完成LHC的升級工作，難度還是很大的。

畢竟上一次LHC的升級，就足足花費(fèi)了兩年多的時間，這還是在超導(dǎo)管道和部分探測器沒有動的情況下。

而這一次的升級，超導(dǎo)管道、加速器復(fù)合體、探測器甚至是超算都需要升級的情況下，需要多久的時間真不好說。

畢竟隨著米國的經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步衰落，以它的情況，隨時可能會斷供LHC的升級，轉(zhuǎn)而將這個爛攤子拋給歐洲。

不過現(xiàn)在看來，似乎是在可控核聚變和航天領(lǐng)域被華國逼急了，白頭鷹竟然咬牙在LHC的升級上堅持下來了，而且進(jìn)度還相當(dāng)?shù)臉酚^。

威騰點(diǎn)了點(diǎn)頭，道：“嗯，從CERN上一次的新聞發(fā)布會來看，他們預(yù)計在六月份之前就能完成LHC的升級工作，屆時將開啟對惰性中微子和暗物質(zhì)的進(jìn)一步探索。”

徐川笑著道：“那就恭喜他們了。”

威騰好奇的問道：“你不擔(dān)心惰性中微子和暗物質(zhì)的確認(rèn)由CERN率先完成嗎？”

對于物理學(xué)界來說，在上帝粒子，也就是希格斯粒子12年被探測到后，標(biāo)準(zhǔn)模型最后一塊重要的拼圖就已經(jīng)完成了。

而后續(xù)的lhc的所有探索工作，只不過是在這棟大廈上修修補(bǔ)補(bǔ)而已。

直到17年的時候，他這個學(xué)生探測到了惰性中微子和溫暗物質(zhì)存在的痕跡，物理學(xué)才打開一個全新的方向。

這是超出標(biāo)準(zhǔn)模型的粒子，對于物理學(xué)界，乃至全世界來說，都意義無比重大。

誰能率先確認(rèn)惰性中微子剩余的形態(tài)數(shù)據(jù)，誰能率先找到暗物質(zhì)存在的數(shù)據(jù)，那么在未來的發(fā)展上將全面領(lǐng)先。

如果不是這樣，米國和歐洲也不會硬著頭皮跟上華國的腳步大量在強(qiáng)粒子對撞機(jī)上投入。

畢竟這是一個全新的領(lǐng)域，如果落后的話，將意味著未來的高能物理和粒子物理，乃至一半的理論物理都將拱手相讓。

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