「腳註」​的殺傷力:卡比堡教授何以錯失了諾貝爾獎

2021-01-20 現代物理知識雜誌

中國科學院高能物理研究所




眾所周知，描述三代夸克混合與CP(電荷共軛及宇稱對稱性)破壞的么正矩陣被稱作Cabibbo-Kobayashi-Maskawa(簡稱CKM)矩陣，其主要貢獻者是義大利的尼古拉·卡比堡以及日本的小林誠和益川敏英。然而2008 年的諾貝爾物理學獎卻頒給了南部陽一郎、小林誠和益川敏英這三位日本理論物理學家，這讓卡比堡和許多業內人士大跌眼鏡。斯德哥爾摩為什麼要把卡比堡教授撇下而選擇了看起來不太相干的南部教授？難道小林和益川僅僅因為將著名的「卡比堡角」(Cabibboangle)擴展為含有一個不平庸CP破壞相位的3×3 么正矩陣就值得獲獎嗎？這件令義大利人傷心和憤怒的事件背後還有不為人知的其他原因嗎？


是的。卡比堡之所以錯失諾貝爾獎，至少有兩個致命的、純學術的原因，這一點可能超出了很多粒子物理學家的想像。


首先，他於1963 年發表的那篇有關「卡比堡角」的學術論文雖然具有裡程碑的意義，迄今為止其引用率也超過了6000 次，但它的關鍵思想卻並非首創！其次，小林和益川發表於1973 年的論文雖然看似將卡比堡的2×2 夸克混合矩陣擴充為3×3 夸克混合矩陣，從而自然地引入了一個破壞CP 對稱性的相位，但本質上卻並非如此。小林和益川的論文其實是一篇純場論的文章，他們主要做的事情是檢查了電弱統一模型產生CP 破壞的動力學機制，發現只有當把二代夸克模型擴展為三代，才可能實現CP 不守恆。相比之下，卡比堡的論文只是解釋當時實驗觀測數據的唯象學工作；而兩位日本理論家的論文不僅從場論的角度指出了夸克混合與CP破壞的動力學原因，而且還一舉預言了三種新夸克的存在，最終這兩個方面都被實驗證實了。


圖1 卡比堡和小林教授在2006年12月的名古屋「CKM么正三角形」國際會議上的合影，當時他們倆和益川教授一同獲得諾貝爾獎的呼聲很高


那麼，是誰在卡比堡之前提出了類似於「卡比堡角」的想法用以解決當年的貝塔衰變實驗數據與當年的理論預期不相符的問題的呢？


他們不是別人，就是「夸克之父」、美國理論物理學家默裡·蓋爾曼和他的法國合作者莫裡斯·利維。在這篇題為《貝塔衰變過程中的軸矢流》、於1960 年3 月發表在義大利專業期刊《新探索》的論文中，蓋爾曼和利維利用審讀校樣的機會在討論矢量流守恆假設與實驗結果相矛盾之處添加了一個腳註(如圖2所示)，指出涉及中子和∧重子的貝塔衰變矢量流的部分可能分別含有因子 和 。當前者取實驗值0.97時，就可以定出ε≈0.26，這一結果恰好能夠解釋∧重子衰變的低概率。如果上述因子分別設為cosθ和sinθ，那麼相應的混合角θ就描述了兩代夸克的質量本徵態和相互作用本徵態之間的不匹配。這個角，其實就是日後以卡比堡的名字命名的夸克混合角。


圖2 腳註


蓋爾曼和利維的文章迄今為止已經被引用近2000 次，毫無疑問是有其重要學術價值的。更重要的是，這篇論文在1962 年啟發了名古屋學派的牧二郎、中川昌美和坂田昌一提出了兩代中微子之間發生「味混合」的物理圖像，後者就是著名的MNS輕子混合矩陣的雛形，為日後布魯諾·龐蒂克沃等人推導中微子振蕩的概率提供了必不可少的先決條件。


1963 年4 月底，正在歐洲核子研究中心(CERN)工作的卡比堡完成了他那篇題為「么正對稱性與半輕衰變」(Unitary Symmetry and Leptonic Decays[注])的歷史性論文，一舉解釋了當時各種重子的貝塔衰變率的實驗測量值。據說他當時異常興奮，跑到也在CERN工作的荷蘭物理學家馬丁紐斯·韋爾特曼的辦公室告訴韋爾特曼：其實就是一個角的事兒！韋爾特曼聽了卡比堡的講解，對他開玩笑說：那就把這個角叫做「卡比堡角」好了！卡比堡將自己的得意之作投稿給美國的《物理評論快報》期刊，一個半月之後該論文就發表出來了。


值得注意的是，卡比堡在論文中引用了蓋爾曼和利維的工作，但卻把後者的年份錯寫成了1958年。他在參考文獻[4]中承認，「蓋爾曼和利維提出了類似的想法」[Similar considerations are forwardedin M. Gell- Mann and M. Levy, Nuovo Cimento16, 705(1958)]。這個類似的想法卻正是問題的關鍵。所以說，卡比堡的工作雖然意義很大，但卻不是原創性的。


尤其大師蓋爾曼本人對卡比堡的論文頗不以為然。據他的博士後與摯友、德國理論物理學家哈羅爾德·弗裡奇教授後來透露，蓋爾曼從來不曾把兩代夸克之間的混合角稱作「卡比堡角」，而是揶揄地稱之為「那個角」(That angle)。考慮到蓋爾曼在學術界的崇高地位和話語權，如果他對卡比堡的工作持頗有道理的保留意見，那麼卡比堡要想獲得諾貝爾獎就不是一件容易事了。所以在某種意義上，可以說蓋爾曼和利維那篇論文及其「該死」的「腳註」成了卡比堡教授通往斯德哥爾摩之路的不折不扣的「絆腳石」。當然，許多學者可能還是覺得無論如何，卡比堡對CKM夸克混合矩陣的貢獻都達到了諾貝爾獎的高度。關於這一點，恐怕就是仁者見仁、智者見智了。


當時年輕氣盛的小林和益川在他們那篇發表於1973 年、如今引用率已經超過10000 次的歷史性論文中，不僅沒有引用卡比堡的上述論文，甚至連傑拉德·特·胡夫特關於標準模型可重正化的論文都沒有引用。好在他們二人的文章是在日本國內的期刊《理論物理學進展》上發表的，基本不會撞上歐美的審稿人。這正是本土學術期刊的一大優勢：搶先發表才是硬道理！


可以想見，2008 年度諾貝爾獎評委會正是注意到了卡比堡的工作的局限性，才小心翼翼地把研究動力學對稱性自發破缺問題的先行者南部與小林和益川組合在一起，以表彰他們在對稱性破缺方面的傑出理論貢獻。


註：需要注意的是，按照今天的強子衰變分類，卡比堡所討論的其實是「半輕」衰變過程(即衰變末態同時含有強子和輕子)，而不是他的論文題目所顯示的「純輕」衰變過程(即衰變產物只有輕子，不含有強子)。所以為了避免造成誤解，我們這裡採用了意譯而非直譯。



《現代物理知識》

搜索微信號

mpihep

長按掃碼關注我們



相關焦點

  • 「腳註」的殺傷力:卡比堡教授何以錯失了諾貝爾獎?|馬丁紐斯·韋爾...
    然而2008年的諾貝爾物理學獎卻頒給了南部陽一郎（Yoichiro Nambu）、小林誠和益川敏英這三位日本理論物理學家，這讓卡比堡和許多業內人士大跌眼鏡。斯德哥爾摩為什麼要把卡比堡教授撇下而選擇了看起來不太相干的南部教授？難道小林和益川僅僅因為將著名的「卡比堡角」（Cabibbo angle）擴展為含有一個不平庸CP破壞相位的3×3么正矩陣就值得獲獎嗎？
  • 以「日本何以斬獲眾多諾貝爾獎」為題寫一篇議論文
    按語： 日本從2001年「諾貝爾獎計劃」出爐以後，迄今為止，已斬獲19枚諾貝爾獎。以下是部分諾貝爾化學獎和物理學獎以及生理學或醫學獎。
  • 腳註史即學術史
    正如這本《腳註趣史》所表明的，作為學術規範的腳註，是到了德國實證主義史學家蘭克手裡才真正確立的。對現代人文學術來說，腳註幾乎是不可或缺的，有了它的補充與支撐，學者的論點才能堅實、嚴謹而有據可查。但即便如此，對於腳註究竟有幾分作用，向來不乏譏評。
  • 張琳、季明舉 | 《維納斯》中的腳註與後現代歷史敘事
    季明舉，2004年獲北京師範大學俄語語言文學博士學位，現為曲阜師範大學教授、博士生導師、博士後合作導師，主要研究領域為俄羅斯文學理論、俄羅斯小說詩學、中俄文學比較研究等。張 琳 副教授季明舉 教授本文發表在《當代外國文學
  • 諾貝爾獎的得與失:陳列平教授無緣「諾貝爾生理學或醫學獎」談起
    細讀「諾貝爾獎」的評選原則，我們不難發現「諾貝爾獎」的評選標準中特別強調的是原創性發現，需要獲獎者開創一個新的領域並推動該領域向正確的方向發展。「諾貝爾獎」是頒給證實螃蟹能吃的「第一個吃螃蟹的人」，而不是頒給證實用五花八門的方法把螃蟹做得更好吃的人，因為前者做出了原創性貢獻，而無論後者的工作做得多麼漂亮，也始終是非原創性的。
  • 腳註故事將如何……照亮幽暗角落
    腳註並非始終如一或者值得信賴；也並非是自負不凡、獨裁專斷的花招。「腳註是由一個成分多樣且又天才穎悟的人群創造出來的產物……腳註的發展變化歷時甚久，途經了一條坎坷之路。」（第2頁）讀者或許不難指出該書的內容其實無法完全承擔「腳註史」的重任，因為它基本上只是以史學領域和西歐地區以及主要是十七世紀以後的發展為中心，其他學科、地區和通史的概念並沒有成為作者的自覺選擇。
  • 「原子能之父」趙忠堯:27歲無緣諾貝爾獎97歲錯失兩彈一星
    1925年，趙忠堯拿到了東南大學的文憑，東南大學物理系教授葉企孫正好接到北京清華學校的邀請去任教，葉企孫很器重趙忠堯，趙忠堯成了清華大學物理系的助教。在清華大學擔任助教僅兩年，趙忠堯就拜師學藝，跟隨葉企孫研究清華大學大禮堂的聲學，這是中國現代建築聲學的第一次研究。
  • 諾貝爾獎是怎麼來的？何以成為最高榮譽獎項，諾貝爾獎的由來
    諾貝爾物理和化學委員會的委員；曾被授予諾貝爾物理學獎和化學獎的科學家；在瑞典烏普薩拉大學、瑞典隆德大學、挪威奧斯陸大學、丹麥哥本哈根大學、芬蘭赫爾辛基大學、瑞典卡羅琳醫學院和瑞典皇家理工學院永久或臨時任職的物理和化學教授
  • 清華大學教授:腫瘤免疫治療,為什麼能獲得諾貝爾獎?
    董晨（清華大學免疫學研究所教授）近幾年，有關腫瘤免疫治療的好消息不斷傳來。一系列成果的出現，使美國《科學》雜誌在2013年把腫瘤免疫治療推為當年最大的科學突破。一時間，有不少業內人士認為，這一領域的成功可能在近幾年獲得諾貝爾獎。那麼，誰應該得獎呢？更重要的是，這些發展的科學基礎是什麼？T細胞療法方興未艾我們體內的T細胞主要是帶有αβT細胞受體的一類，而其中又有表達CD4和表達CD8分子兩種。CD4 T細胞主要分泌細胞因子來調節其它免疫細胞的功能，因此被稱為輔助性T細胞。
  • 2020化學諾貝爾獎誕生，但因為張鋒的失利可能造成懸疑
    Jennifer Doudna 於 1985 波莫納學院(Pomona College) 畢業，1989 年於哈佛大學獲得博士學位，1994 於耶魯大學擔任教授，1997 年任霍華德·休斯醫學研究所（HHMI）研究員，2003 年任加州大學伯克利分校教授。
  • 錯失2017諾貝爾醫學獎:華人科學家的遺憾與期望
    華人錯失生理醫學獎 但貢獻令人矚目在10月2日上午11時30分，瑞典卡羅琳醫學院宣布，將2017年諾貝爾生理醫學獎授予三名美國科學家傑弗裡·霍爾、麥可·羅斯巴什和麥可·揚，以表彰他們在研究生物鐘運行的分子機制方面的成就。
  • 她是科學玫瑰,DNA背後的「黑暗女神」,卻因是女人錯失了諾貝爾獎
    她無視男性同行的嫉恨與冷眼，以自己的犧牲，為人類做出了巨大發現，最終卻是為他人做嫁衣，讓別人拿了諾貝爾獎。 在Wilkins和Rosalind的針鋒相對中，看出端倪的Randall教授不得不從中勸和，將實驗分成了兩個部分，Rosalind挑了更難研究的A型-DNA，Wilkins選了一直在研究的B型-DNA。
  • 人大教授:諾貝爾獎為何權威?
    文/人大教授陳傳席 諾貝爾獎為何最權威 他們都是中國臺灣人，在美國工作或留學，剛從廣播中聽到李遠哲獲諾貝爾獎的消息，而且李遠哲也正在這個城市，他自己也是聽別人告訴他自己獲諾貝爾獎的消息，後來又在廣播中得到證實了的。 原來，諾貝爾獎的獲得者，得主事先一點也不知道。
  • 諾貝爾獎的「不可能三角」
    1957年楊振寧獲諾獎​​​03諾貝爾獎的「不可能三角」為什麼這樣的現象出現，諾獎的年齡成為「生命不能承受之重因為這個產品後面還隱藏著一個規律：諾貝爾獎的「不可能三角」。這個三角就是：新理論+顛覆性+被驗證。大部分時候，諾貝爾獎的頒發對象很難同時滿足這三個條件。
  • 又又又又拿下四位諾貝爾獎得主啦，婷美小屋勢以研發決勝未來
    ​繼諾貝爾獎得主鈴木章教授、詹姆斯•羅斯曼（James E.Rothman）教授、基普·S·索恩（Kip Stephen Thorne）教授之後，婷美小屋又又又又拿下四位諾貝爾獎得主啦！Klein教授和Jorgensen WL教授成功加盟婷美小屋，日後將以首席科學家的身份對婷美小屋的產品研發提供幫助和支持！
  • 留學美國能回國,趙忠堯沒有諾貝爾獎,卻為中國培養了許多科學家
    他取得這些的成果，本應該獲得諾貝爾獎，可是因為當年的諾貝爾獎組織的疏忽，讓中國人錯失了機會。而諾貝爾獎中國人很難問鼎的誤解，也籠罩了中國學界多年。「趙忠堯在世界物理學家心中是實實在在的諾貝爾獎得主！」 前諾貝爾物理學獎委員會主任愛克斯朋這麼說。
  • 揭秘黑洞 UCLA女教授獲諾貝爾獎
    揭秘黑洞 UCLA女教授獲諾貝爾獎【美國新聞速遞】楊平俊 綜合報導2020諾貝爾獎於6日，瑞典皇家科學院宣布，來自美國、英國和德國的三名科學家，分享了今年的諾貝爾物理學獎。表彰他們在黑洞研究領域的貢獻,他們將分享1000萬瑞典克朗獎金(約合110萬美元)。
  • 諾貝爾獎風向標「引文桂冠獎」出爐:華人教授戴宏傑入選
    科睿唯安旗下科學信息研究所（ISI）的分析表明，他們的研究成果被普遍認為達到「諾貝爾獎級別」。今年24位獲獎者中，有19位來自美國的領先學術機構，其他則來自加拿大、德國、日本、韓國和英國。其中包括華人學者、史丹福大學化學系教授戴宏傑。
  • 澳教授發現屎殼郎用銀河系導航 獲「搞笑諾貝爾獎」
    人民網雪梨9月17日電 澳大利亞教授艾瑞克·沃瑞特（Eric Warrant）因為發現屎殼郎（學名蜣螂）能利用銀河系導航，13日在美國哈佛大學被授予「搞笑諾貝爾獎」。 據ABC新聞報導，沃瑞特教授任教於瑞典隆德大學，他和同事作為首批記錄動物利用銀河系定位的學者，獲得了這項生物學和天文學的聯合「搞笑諾貝爾獎」。
  • 葉秋怡：諾貝爾獎的故事
    研究所主任是弗瑞德裡克·考赫（Frederick Koch）正教授，德裔美國人。在他的帶領下，E16裡的學術氣氛濃厚，作風平等民主，相互之間都用暱稱相稱，即使對老闆考赫教授，大家也直呼其暱稱：弗瑞德。那天傍晚我們來到他家時，克裡欽已經準備好德國香檳酒和小吃，招待物理系的教授們和E16的同事們。大家聚在他家後院裡，手持香檳，就著燭光聊天。教授們開始調侃起諾貝爾獎：說獲獎者怎麼花那筆諾貝爾獎的獎金，愛因斯坦拿了諾貝爾獎是為了與妻子離婚，這次克裡欽拿到諾貝爾獎，可以在斯圖加特買幢大房子了。