2004年诺贝尔物理学奖

2004年诺贝尔物理学奖

2004年物理学奖，由三位美国的物理学家分享，他们是戴维·格罗斯（David J.Gross）、休·普利策（Hugh David Politzer）和弗兰克·维尔泽克（Frank Wilczek。他们提出了量子场中夸克“渐进自由”的理论。

戴维·乔纳森·格罗斯（David Jonathan Gross，1941—），出生于美国华盛顿。1966年获得美国加州大学伯克利分校博士学位。1985年当选为美国科学与艺术学院院士，1986年当选为美国科学院院士，2011年当选为中国科学院外籍院士。格罗斯在理论物理，尤其是规范场理论、粒子物理和超弦理论等方面做出了一系列开创性的研究成果。他是量子色动力学的主要奠基人之一。量子色动力学作为描述自然界四种基本作用力之一的“强相互作用力”的基本理论，成为研究强子性质和原子核物理的基础。

休·戴维·普利策（Hugh David Politzer，1949—），出生于美国纽约。1974年获得哈佛大学的物理学博士学位，后在加利福尼亚理工学院物理系任教授，同时也是该校粒子物理研究领域的学术带头人之一。加州理工学院坐落于帕萨迪纳美丽的圣盖伯利山脚下，是美国声名显赫的名牌私立大学之一。

弗兰克·维尔泽克（Frank Wilczek，1951—），出生在纽约州的米里奥拉，他的祖先来自波兰和意大利。他在昆斯区上中小学。在芝加哥大学物理系本科毕业后，前往普林斯顿大学继续深造，1972年获得数学硕士学位，1974年获得物

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理学博士学位。毕业后在普林斯顿开始执教生涯。1988年他前往美国西海岸的加利福尼亚大学圣巴巴拉分校担任教授。2000年秋天，他重回东海岸，担任麻省理工学院的物理系教授。他被誉为美国最杰出的理论物理科学家之一。维尔泽克曾是戴维·格罗斯的学生。

近代物理学理论认为，夸克等是比质子和中子等亚原子粒子更基本的物质组成单位，夸克等组成了质子和中子，中子和质子又形成原子核，最终产生原子以及今天的宇宙万物。现有的物理学理论还认为，自然界中存在引力、电磁力、强作用力和弱作用力等4种基本的作用力。其中，夸克通过强作用力组成质子和中子，而这种强作用力主要通过另一种名为胶子的基本粒子来传递。但物理学家们在研究夸克时也发现了一个奇怪的现象，那就是从没有发现过自由的单个夸克，只有2个或3个夸克的集合体才能处于自由状态，通常情况下夸克总是被约束在质子和中子内部。本年度获奖者格罗斯、波利策和维尔切克提出的“渐近自由”理论，为此提供了解释。

1973年，维尔泽克正在普林斯顿大学读研究生，师从格罗斯。师徒二人于1973年发表论文，揭示了粒子物理中强相互作用理论中的渐近自由现象。当时他们分别只有32岁和22岁。同年，普利策也独立发表了相关论文。三位科学家提出的理论认为，强作用力会随着夸克彼此间距离的增加而增大，因此没有夸克可以从原子核中向外迁移，获得真正的自由。通俗地说，这一现象有点像拉一根具有弹性的橡皮筋：橡皮筋拉得越长，其产生的力量越大，人拉起来也更为费劲。同

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样根据“渐近自由”理论，强作用力会随着夸克间距离的变小而减弱，这意味着，约束在质子等内部的夸克在彼此距离足够小时将近乎自由地进行运动。

为了描述夸克间的强相互作用力，以他们三位为首的物理学家们创立了量子色动力学。量子色动力学理论认为，与电子带有电荷类似，夸克和胶子带有色荷，基于色荷的色力或者强作用力，具有比电磁力更为复杂的作用方式和更为奇特的现象，“渐近自由”就是一个明显的例子。这个发现有助于解释为什么夸克只有在极高能量下才会表现出近乎自由的状态。

这三位科学家发现的“渐近自由”现象，不仅深刻地改变了科学家们对自然界基本作用力作用方式的理解，为量子色动力学理论奠定了基础，使完善粒子物理学标准模型成为可能，而且也让科学家向实现对自然界4种基本作用力进行统一描述的宏大梦想更进了一步。

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