弦理論三先驅獲2020年狄拉克獎

狄拉克獎是國際理論物理中心（International Centre for Theoretical Physics，ICTP）為紀念理論物理學家狄拉克而在1985年設置的獎項，被視為理論和數學物理領域的最高榮譽之一。近日，ICTP 在義大利 Trieste 宣布了2020年狄拉克獎，三位對弦理論的建立作出先驅性貢獻的物理學家獲此殊榮。

華人物理學家李雅達、張首晟、文小剛曾獲得狄拉克獎。

撰文 | ICTP，Marina Menga

翻譯原文 | ICTP官網

https://www.ictp.it/about-ictp/media-centre/news/2020/8/ictp-dirac-medal-2020-announced.aspx.

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（2020年8月10日，義大利Trieste）

國際理論物理中心（ICTP）將2020年狄拉克獎授予三位傑出物理學家—— 蒙彼利埃大學的安德烈·內沃（André Neveu），佛羅裡達大學的皮埃爾·拉蒙（Pierre Ramond），以及羅馬第一大學的米格爾·維拉宿（Miguel Virasoro），以表彰他們 「對弦理論的創立和形式化表述所作的先驅性貢獻，將新的玻色和費米對稱性引入物理學」。

弦理論是基礎物理的一種理論框架，其將物質描述為由一維的微觀客體—— 弦所組成。這些弦可以被視為能量的微絲，它們以不同的模式振動。就像琴弦的不同振動模式產生不同的音符一樣，弦的不同振動狀態產生不同的基本粒子（通過賦予其質量、電荷等性質），如電子、中微子。

弦理論是物理學家提出的物理學大統一理論方案，試圖將描述引力的愛因斯坦廣義相對論和描述物質基本組成的量子力學結合起來。弦理論在解決基礎物理中的一些問題上發揮了十分重要的作用，並已應用於其他各種領域，如黑洞、早期宇宙、凝聚態物理，等等，而且促進了純數學的重大發展。

弦理論的最早發展出現在20世紀60年代末，當時它立即成為引力量子理論的一個有前途的候選理論。其最早版本是玻色弦理論，也就是說，它只描述了一類叫作 「玻色子」 的粒子。玻色子是自旋為整數（0，1，2，……，以普朗克常量為單位）的粒子，如光子、引力子、希格斯玻色子。另一方面，費米子是自旋為半整數（1/2，3/2，5/2，……，以普朗克常量為單位）的粒子，比如電子、質子、夸克。

20世紀60年代末，Miguel Virasoro 在理論物理學領域開始一項雄心勃勃的工作，最初是和 Gabriele Veneziano 合作，後來是獨自一人。這項工作主要集中在所謂的 「Veneziano 模型」 的發展上，這是一種由一些特性來表徵的數學模型，後來成為了第一個被認可的弦模型。受 Veneziano 「開弦」 工作的啟發，Virasoro 發展了他自己的模型，後來被公認為 「閉弦」 模型。在進行這些研究的時候，弦的理論還沒有完全、清晰地發展起來，幾年後，這些模型才被認為完美地描述了弦的物理學。

研究這些模型的數學特性，並注意到這些模型具有的一些對稱性特徵，Virasoro 繼續為該領域作出重要貢獻。他確認並形式化表述了這些對稱性，現在被稱為 「Virasoro 代數」，這是一種在二維共形場論和弦論中廣泛運用的復李代數。在純數學家看來，這項工作也很有意義，因為它是無限維李代數，而在此之前李代數通常是有限維的。

「這項工作非常重要，因為它讓我們可以完成在那之前不可能完成的計算」，義大利猞猁之眼國家科學院（Accademia dei Lincei）主席、狄拉克獎評選委員會成員 Giorgio Parisi 教授說：「有了一個模型卻不知道其對稱性讓研究顯得漫無目的，正如在黑暗中行走。這就是為什麼發現這些對稱性是一個真正的轉折點。」

另一方面，André Neveu 和 Pierre Ramond 把費米子自由度引入理論模型。事實上，Virasoro 所做的大部分工作都致力於研究玻色弦，這是弦理論領域中最早被研究的弦。Neveu 和 Ramond 擴展了這些工作，將計算擴展到包括物質的另外部分—— 由費米子組成的物質。

「這些工作的共同之處在於：它們都是弦理論中至關重要的工作，在科學家們意識到這些表述可以真正描述弦之前的很多年，這些工作就已經進行了」，Parisi 說：「只有在很多年後，由於 Leonard Susskind、Yōichirō Nambu 和其他人的工作，科學家們才真正開始談論弦。」

Andrè Neveu 在20世紀70年代早期與 John Schwarz 合作完成的這項工作，也由 Pierre Ramond 獨立完成，現在被稱為 「RNS形式（RNS formalism）」，以其三位創始人的姓氏首字母命名。這是超弦理論的最早進展，將描述玻色弦的對稱代數—— Virasoro 代數，推廣到同樣可以描述費米子的代數。這一構想可以將宇宙中所有的粒子和基本力都表述為微小的超對稱弦的振動，因此得名「超弦」理論，它同時解釋了費米子和玻色子。

「作為 ICTP 的新主任，宣布2020年狄拉克獎讓我倍感榮幸和高興。」 ICTP 主任 Atish Dabholkar 說：「狄拉克一直是理論物理學一個啟迪人心的人物，對於ICTP更是如此。今年，一個非常傑出的評選委員會將獎項頒發給弦理論領域的三位先驅，他們在某種程度上繼承了狄拉克思考和做物理的方式。」

獲獎者介紹

André Neveu，出生於法國巴黎，理論物理學家，研究領域包括弦理論和量子場論。他發展了第一個可以描述玻色子和費米子的弦理論，從而開啟了超對稱的想法（當時由幾個研究小組獨立發展），被認為是弦理論的先驅。

Neveu 曾就讀於巴黎高師，自1989年起工作於蒙彼利埃大學理論物理研究所（現在的L2C，即查爾斯·庫侖實驗室）。他曾任加州大學伯克利分校訪問教授。因對理論物理的貢獻，他榮獲多個獎項，包括 Paul Langevin 獎（1973年）和 Gentner-Kastler 獎（1988年）。

Pierre Ramond，出生於法國塞納河畔納伊市，被認為是超弦理論發展的發起人。1970年代早期，通過將 Virasoro 代數推廣為一種超共形代數（被稱為超Virasoro代數），他完成了玻色弦理論的推廣，使其同樣適用於費米弦。他是佛羅裡達大學的物理學傑出教授。

他曾是費米實驗室的博士後，隨後成為耶魯大學的講師和助理教授。他曾作為 R. A. Millikan Senior Fellow 在加州理工學院度過一段時光。因對理論物理的貢獻，他獲得了多項獎項，包括 Boris Pregel 獎（1992年）和享有盛譽的 Dannie Heineman 數學物理學獎（2015年）。他是美國物理學會會士。

Miguel Virasoro，出生於阿根廷布宜諾斯艾利斯，因其在理論物理和數學物理領域的研究而聞名。他的大部分工作在義大利完成，現在是羅馬第一大學教授，在那裡他教授電磁學。他因對無限維李代數的巨大貢獻而聞名，這是弦理論中一個至關重要的工具。

與 Giorgio Parisi 和 Marc Mezard 合作，Virasoro 在統計力學領域，特別是在無限維自旋玻璃態方面，作出了巨大貢獻。

從1995年到2002年，他擔任ICTP主任。

關於 ICTP 狄拉克獎

ICTP狄拉克獎是為紀念P.A.M.狄拉克而設立的，第一次頒發於1985年。狄拉克是20世紀最偉大的物理學家之一，也是ICTP忠實的朋友。每年的8月8日（狄拉克的生日），該獎項被授予對理論物理學作出重大貢獻的科學家。狄拉克獎獲得者都是世界頂級物理學家，其中很多人後來獲得了諾貝爾獎、菲爾茲獎和沃爾夫獎。由傑出科學家組成的國際委員會從提名候選人名單中選出獲獎者。本次頒獎典禮將於2021年舉行，三位獲獎者將就他們的工作發表演講。

本文首發於微信公眾號「墨子沙龍」（MiciusSalon），《知識分子》獲授權轉載。