粒子物理學一生的信徒:諾獎得主維爾特曼去世,享年89歲

2021-01-12 澎湃新聞

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,那麼毋庸置疑,後半葉的明星就是粒子物理學。其他諸如超導領域的發現,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的方式。

諾貝爾獎網站顯示,這名荷蘭物理學家已於1月4日去世,享年89歲。

維爾特曼的物理人生就始於一本關於相對論的科普圖書。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,幾乎憑藉一己之力在荷蘭創立了自己的粒子物理明星團隊。

現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一理論,認為電磁力和弱相互作用其實本質上是同一種相互作用。在宇宙早期只有弱電相互作用,隨後因冷卻而能量下降,才分化成了兩種基本力。這一理論也預言了攜帶弱電力的W和Z玻色子的存在。

不過,這一理論一開始並未收穫重視。它產生了無窮多的無意義表達式,似乎不太可能用於進行精確的計算。

直到1970年代早期,維爾特曼與他曾經的天才博士生傑拉德·霍夫特(Gerard’t Hooft)一起提出並檢驗了一種深入闡明弱電相互作用的數學理論,用弱電統一理論計算粒子的性質才成為可能。

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,實驗值後來被發現與計算值相符合。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世紀的最後一個諾貝爾物理學獎。

在維爾特曼詼諧的自述裡,我們能讀到一段波折而執著的科學人生。

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,父親是當地小學的校長。二戰期間,由於瓦爾維克靠近前線,他在盟軍的炮火中度過了童年,並培養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,就是電子產品。德國人沒收了幾乎所有的收音機,他愛去當地的水管工家裡免費幫工,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考試,分數很低。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。維爾特曼後來說到,許多物理學家的科學生涯都歸功於一名高中好老師。

那時候,許多優秀的物理學家要麼被殺,要麼離開了荷蘭,大學教育狀況很糟糕。維爾特曼度過了平庸乏味的三年,畢業後一度以打字和推銷勉強度日。「我無法把東西賣給任何人,事實上,這句話後來對於我的科學生涯來說也是一貫正確的。」

後來,維爾特曼偶然發現了一本關於相對論的暢銷書,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,他在阿姆斯特丹的範德華實驗室找到了一份助理工作,主要任務是管理圖書館。不過,他對範德華實驗室的主要研究方向統計力學從未感到絲毫興趣。維爾特曼曾經嘲諷道,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,範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瓦。在那裡,他完成了關於不穩定粒子的研究論文,老師帶著維爾特曼穿著燕尾服、打著白領結參加了博士畢業慶典。

很多年後,維爾特曼發現這一幕其實是斯德哥爾摩頒獎典禮的預演,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,維爾特曼的另一關鍵經歷是近距離接觸了中微子實驗。後來,他一直深信實驗對於物理學進步的重要性。「實驗能讓我認識到什麼是重要的,哪些是好人。所有的理論學家都應該有這樣的經歷。然而,這在如今已經不切實際。這些實驗已經成為涉及數百名物理學家和大量工程的宏大事業。現代實驗家往往是經理人而非物理學家。」

1966年,維爾特曼回到烏德勒支,繼任範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生涯的轉折點。當時,他正在洛克菲勒大學進行為期一個月的訪問。在那所安靜的校園裡,維爾特曼開啟了後來贏得諾獎的發現之旅。

他在烏德勒支培養出了包括霍夫特在內的幾個優秀學生,團隊的名聲逐漸響亮。當然,維爾特曼有很多一些學生後來是在別的領域做出了成績。這令他相信,理論物理學是一門很好的學科,它的科學方法在現代社會的許多崗位上都有用。「如今銀行界滿是粒子理論家。」

然而,在合作解決了電弱相互作用模型的重正化後,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西根大學休假一年,最終因為種種原因選擇了留居美國。

此後,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,不回鄉。」不過,在退休後,他還是帶著妻子回到了1981年離開的荷蘭比爾託文鎮,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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