大国院士第七百四十九章 强核力与电弱理论的统一（1）
在物理学界为一位伟大的学者逝去而感到悲伤的时候。 另一边，金陵。 紫金山脚下的别墅群中，徐川正将自己关在书房中，潜心研究着强弱电三力在数学上的统一。 希格斯教授寄给他的手稿中，有一些以前他没有看过，也未曾想到过的思路和方向。 沿着这些点走下去，不说一定就能统一强电，但在这条路上再次前行一段距离，应该是没有什么太多的问题的。 到目前为止，人类认识到的自然界中的基本相互作用力有 4种。 分别是引力，电磁力，弱力和强力。 这种四种力的作用强度千差万别，作用范围也不一样。 如果以量纲为一的耦合常数来表示力的大小，强力的耦合常数是电磁力的 100倍，是弱力的10?倍，和引力相比更达到了天文数字103?倍。 引力和电磁力都是长程力，而弱力和强力是短程力，分别在10ˉ1?和 10ˉ1?的距离内发生作用。 虽然这四种力的性质迥然不同，但它们在物理上都用场论描述，它们的统一自然也是在场论描述方法上的统一。 在量子场论里，和电磁相互作用一样，把质子与中子约束在原子核内的强力和在核子中引起β衰变过程的弱力都是规范相互作用，它们满足各自的规范对称性。 而数学上，四大力都用规范群来描述。因此规范对称性在寻求自然界中各种相互作用的量子理论和统一力的尝试中起着重要作用。 进入二十一世纪后后，电弱统一理论和描述强作用的量子色动力学(qcd)一起构成了粒子物理的标准模型。 从粒子物理上来说，标准模型可以说是物理学史上最成功的理论。 不过相对的，标准模型也有很多的不足。 最大的缺陷，那自然是它的创立者之一温伯格指出的：“标准模型无法统一引力，它对于引力的描写，存在着难以克服的数学障碍。” 不过对于当今物理学界来说，这一点其实是可以暂时抛开来不谈的。 很简单，因为引力的本质是什么，这是一个说了上百年也没有说清楚的问题，至今物理学界都没能对引力的本质给出一个准确的答案。 目前来说，物理学界主流的解释观点是爱因斯坦提出来的：引力的本质是时空弯曲。 而除此之外，还有牛顿提出来的万有引力，以及量子力学中的引力是由于两个粒子交换引力子导致的等观点。 但引力的本质至今是什么，仍然没有一个准确的答案。 所以在没有具体化引力的本质之前，想要将其统一到标准模型里面，或者说建立一个新的模型将引力统一进去，是一件不可能的事情。 而如果抛开引力这个在数学上存在难以解决的障碍后，标准模型中最大的缺陷，那自然就轮到了强核力与弱核力、电磁力的统一了。 在这方面，标准模型已经给出了物理上的答案。 电弱统一理论与量子色动力学在标准模型中合并为一，通过规范场论将费米子跟玻色子配对起来，用以描述费米子之间的力。 简单的来说，规范玻色子的规范变换是可以准确地利用一个称为“规范群”的酉群去描述。 而强相互作用的规范群是su(3)，而电弱作用的规范群是su(2)xu(1)。所以标准模型亦被称为su(3)u(2)xu(1)。 但遗憾的是，即便是量子理论将强核力与电弱理论统一到了一起，在数学上如何完成这份工作依旧是一件可望而不可及的想法。 作为一名物理学家，徐川对于强核力与电弱理论统一的研究，两辈子都没有停止过。 而即便是这样，即便是他早已经站在了物理学界的巅峰，对于如同统一这两者依旧没有太多的想法。 这辈子学习的数学虽然一度带给他了繁多的荣耀，也解决了不少的问题，比如霍奇猜想、ns方程这些千禧年难题，但对于突破自己曾经在物理学前沿上的边界，似乎并没有太大的帮助的感觉。 这让他这两年在研究三力统一的时候，一度产生了数学在这方面似乎并没有多大用处的感觉，有些怀疑顶尖的数学到底能够在实验之前帮助自己找到一条真正的路。 这种想法在最近两年的时光中一直充斥在他脑海中，也是他在完成了杨-米尔斯存在性和质量间隙难题后一直都没怎么重新踏入数学领域的原因之一。 这种话如果说出去，或许会被人批死，也有可能会有更多的人觉得他在炫耀。 毕竟在杨-米尔斯存在性和质量间隙难题后，他可是干掉了弱黎曼猜想这个解析数论中最顶尖的难题。 不过真实的情况的确是他脑海中的想法一样，弱黎曼猜想的研究其实是在研究爱因斯坦罗森桥的过程中意外得到的灵感而已。 而他之所以想研究爱因斯坦罗森桥，不仅仅是因为时空洞这一概念吸引人，更是因为他想证明自己当初的选择没有错。 数学，在顶尖物理的研究上，有着突破性的帮助。 现在，他或许可以回答这个答案了！ 书房中，徐川盯着眼前的稿纸，嘴里在不自觉的轻声念叨着。 “众所周知，在量子场论里，力的强度依赖于力的媒介粒子的质量和耦合常数。而质量来自对称性的自发破缺；耦合常数则是出现在理论基本方程中的数，刻画了媒介粒子在反应中被发射和吸收的强度” “从电弱对称性破却的能级来看，超对称提供了一个可以描述费米子和玻色子的框架。它在通常的四维时空上附加另外的四维超空间用以容纳费米子奇异的几何性质。” “那么强核力在破缺的时候，其关键就在于夸克的自由渐进上。” “” 记忆中那些对他而言不可能忘却的知识在这一刻汇聚成一道道小小的溪流，沿着物理的高地朝着最终的雄关汇聚而去，一点一滴的聚聚在城墙之下，冲荡这座物理学大厦的圣地。 就在徐川闭关研究强核力与电弱理论统一的时候，第三天，一则电话打到了他的手机上。 虽然对某个问题进行研究的时候，他的手机会调整成工作模式，进而屏蔽掉绝大部分人的来电。 不过考虑到一些紧急情况，还是有一些亲友是安置在白名单里面的。 对于这些亲友来说，只要连续拨打两次电话，那么来电则会通过工作模式的审核，进入他视线。 随手拾起了放在书桌角落边的手机，徐川看了一眼来电显示，电话是爱德华·威腾打过来的。 “喂，导师，有什么事吗？” 目光转回书桌上的稿纸，他随口问道。 “希格斯教授的哀悼会时间确定下来了，就在三天后，爱丁堡大学那边联系不上你，想通过我帮忙问问你会过去吗？” 电话中，爱德华·威腾的声音从地球的另一边传递了过来。 对于物理学界来说，希格斯教授可以说是当代理论物理学和粒子物理学影响力最大的学者之一，他的离世对于学术界乃至全世界来说都是一个重大的损失。 而鉴于希格斯教授的影响力，他的母校爱丁堡大学在征求了他直系亲属的意见后，决定在爱丁堡大学举办一场哀悼会。 邀请的学者中，作为最年轻诺奖得主的徐川自然在其中，只不过等爱丁堡大学的行政人员确定的时候，他已经进入了研究模式，手机也调整成了工作模式，自然无法收到对方的联络。 因此爱丁堡大学联系到了徐川曾经的导师，普林斯顿的爱德华·威腾，希望他能够帮忙转达一下消息，咨询一下对方是否会前来参加哀悼会。 听到威腾的询问，徐川沉默了下来。 老实来说，这场哀悼会他应该去参加。 希格斯教授虽然不是他名义上的导师，但上辈子在粒子物理和高能物理领域对他的知识传授完全可以是一位真正的导师了。 而这一世，在两人连面都没有见过的情况下，更是选择将自己对强电统一理论、暗物质、引力、爱因斯坦罗森桥（时空洞）这些东西的思考留给了他。 这是一份无法用钱财来衡量的宝贵财富，甚至极有可能从未对外发表过。 如果希格斯教授将其留给后人或者是其他学者，完全有可能在此基础上造就出一位具有极大名声的学者出来。 但他仍然将其不远万里送给了自己。 这一份恩情，已经无法亲自偿还了。 而希格斯教授的追悼会，他应该去。 然而 思索着脑海中的那些破事，徐川轻叹了口气，沉默了一下后艰难的开口道：“对不起，导师，我恐怕很难出去。” “我只能安排一位能代表我的人过去参加哀悼会，实在是很抱歉。” 爱德华·威腾点了点头，开口道：“嗯，我能理解。” 虽然学术界离那些肮脏的事情比较遥远，但这并不代表威腾不了解这些东西。 有些时候，太过于天才也是一件不幸的事情。 不过幸运的是，他这个学生生在了一个有足够能力保护他的国家中。否则以他今天的成就，要么移民成为其他国家的人才，要么则 轻叹了口气，威腾也没多想，顺口转移话题问道：“对了，crhpc的修建情况如何了？” 盯着面前的稿纸，徐川不假思索的回道：“现在已经在进行收尾工作了，预估今年下半年九月份左右能完工正式开启测试工作。” 闻言，威腾脸上露出了惊讶的表情，诧异道：“如果我没记错的话，你们的crhpc修建工作是前年才正式开工的吧？这才两年多的时间，就已经快要修建完成了的？” 感受到威腾话语的中的惊讶，徐川笑了笑，自豪道：“华国是一个强大的国家，也是动员能力最罕见的国家，两年多的时间完成crhpc对撞机的修建，这并不是什么不可能做到的事情。” “但这也太让人感觉到不可思议了！” 威腾感慨了一句，接着道：“我还以为你们会落后cern的进度很多的，没想到现在看来，顶多落后三个月的时间而已。” 听到威腾的感慨，徐川挑了挑眉，有些意外。 “导师，你是lhc的升级工作在六月份能完成？” 自从和cern那边闹僵以后，在米国的支持下，欧洲原子能中心就展开了和华国在粒子物理和高能物理领域的竞赛。 lhc的升级工作比华国率先开始，试图围绕着升级后的高亮度lh-lhc抢先展开对惰性中微子和暗物质的探测。 但就欧洲佬和米国的性格，要想短时间内完成lhc的升级工作，难度还是很大的。 毕竟上一次lhc的升级，就足足花费了两年多的时间，这还是在超导管道和部分探测器没有动的情况下。 而这一次的升级，超导管道、加速器复合体、探测器甚至是超算都需要升级的情况下，需要多久的时间真不好说。 毕竟随着米国的经济进一步衰落，以它的情况，随时可能会断供lhc的升级，转而将这个烂摊子抛给欧洲。 不过现在看来，似乎是在可控核聚变和航天领域被华国逼急了，白头鹰竟然咬牙在lhc的升级上坚持下来了，而且进度还相当的乐观。 威腾点了点头，道：“嗯，从cern上一次的新闻发布会来看，他们预计在六月份之前就能完成lhc的升级工作，届时将开启对惰性中微子和暗物质的进一步探索。” 徐川笑着道：“那就恭喜他们了。” 威腾好奇的问道：“你不担心惰性中微子和暗物质的确认由cern率先完成吗？” 对于物理学界来说，在上帝粒子，也就是希格斯粒子12年被探测到后，标准模型最后一块重要的拼图就已经完成了。 而后续的lhc的所有探索工作，只不过是在这栋大厦上修修补补而已。 直到17年的时候，他这个学生探测到了惰性中微子和温暗物质存在的痕迹，物理学才打开一个全新的方向。 这是超出标准模型的粒子，对于物理学界，乃至全世界来说，都意义无比重大。 谁能率先确认惰性中微子剩余的形态数据，谁能率先找到暗物质存在的数据，那么在未来的发展上将全面领先。 如果不是这样，米国和欧洲也不会硬着头皮跟上华国的脚步大量在强粒子对撞机上投入。 毕竟这是一个全新的领域，如果落后的话，将意味着未来的高能物理和粒子物理，乃至一半的理论物理都将拱手相让。