格拉肖

格拉肖（Glashow,Sheldon Lee）1932年12月5日出生於美國紐約。父親為了躲避沙俄對猶太人的迫害，年輕時從俄國移居到美國，當了一名管鉗工。格拉肖有兩個哥哥，比他大十幾歲。父母和哥哥都很喜歡他，給他創造了較好的條件，讓他學習科學。他在家裡的地下室有自己的化學實驗室，從小就對科學有強烈的興趣。1947年格拉肖進紐約的布朗克斯理科中學，溫伯格是他的同窗好友。從這時起就開始了他們之間的共同追求。格拉肖酷愛讀書，並組織了一個科學幻想俱樂部，出版了中學科學幻想雜誌。

1950年格拉肖和溫伯格一起進入康奈爾大學。格拉肖對這裡的本科教學不大滿意，因為有名的教授都去給研究生開課，於是就在三四年級時選修了經典電磁理論、量子場論之類的研究生課程。他還經常參加學術報告會。和中學時期一樣，他喜歡和同學們討論問題。1954年大學畢業，格拉肖來到哈佛大學，選擇了著名物理學家施溫格當自己的導師。在施溫格的指導下，格拉肖選取了“基本粒子衰變中的矢量介子”作為自己的博士論文題目。1958年獲博士學位。后得到一筆美國科學基金會資助來到丹麥的理論物理研究所。在這裡做了兩年的研究工作，就在這段時期，他發現了關於弱電統一理論的模型。

格 拉肖於1958年在哈佛大學獲得博士學位，隨後依次去哥本哈根理論物理研究所、加利福尼亞工學院、斯坦福大學和加利福尼亞大學工作。1966年，格拉肖又回到哈佛大學，1967年成為該校的正教授。他和溫伯格（他們是布朗克斯理科中學同學，又一起在康奈爾大學讀書）都研究能將電磁作用和弱相互作用統一在一種數學形式之中的亞原子粒子理論。這是向有關四種相互作用的“大統一理論”---愛因斯坦為之勞而無功地奮鬥了半生---邁進的第一步。觀測事實支持了格拉肖和溫伯格的這一理論，這便使他們獲得了1977年的諾貝物理學獎。當年榮獲此獎者還有薩拉姆。

格拉肖的主要研究領域是基本粒子和量子場論。早在60年代初，格拉肖就在規範場理論的基礎上討論過弱相互作用和電磁相互作用統一的問題，預言了中性弱流的存在，不過沒有能夠從理論上得到有靜止質量的中間玻色子。1975年，他又和合作者一起在溫伯格-薩拉姆模型、電弱統一理論、量子色動力學的基礎上提出了把弱相互作用、電磁相互作用、強相互作用統一起來的大統一理論，在基本粒子和場論的理論研究，以及宇宙學的研究中都有較大的影響。由於這些成就他與S.溫伯格、A.薩拉姆共同獲得1979年諾貝爾物理學獎。

1977年，在夏威夷舉行的第七屆世界粒子物理學討論會上，美國著名科學家、哈佛大學教授格拉肖(SheldonLeeGlashow，1979年度諾貝爾物理學獎得主），在追述了科學如同剝蔥一樣逐層深入研究物質結構的歷程之後，根據毛澤東有關“基本粒子”的論述意味深長地說了一段話：洋蔥還有更深的一層嗎？夸克和輕子是否都有共同的更基本的組成部分呢？許多中國物理學家一直是維護這種觀念的。我提議把構成物質的所有這些假設的組成部分命名為“毛粒子”，“以紀念已故的毛主席”，並證明這是“哲學的最高榮譽”，因為他一貫主張自然界有更深的統一。

未深入研究物理學的毛澤東，神奇地預言了二十年後高能物理學的發展趨勢。而格拉肖提議將基本粒子命為“毛粒子”.體現了一個世界級的科學家對一個偉大的哲學家跨越意識形態領域的崇高敬意以及他對中國馬克思主義自然觀的理解和贊同，他也是當時少有的對中國自然科學領域研究不抱有意識形態歧視的科學家之一。

2005年11月11日，中國科學院愛因斯坦講座教授，“粒子物理標準模型”之父格拉肖教授（美國哈佛大學和波士頓大學）應邀來高能所訪問。

2008年4月10日開始，滿頭白髮的格拉肖博士以名為“科學發現源自偶然機會或精心規劃——論基礎科學研究的必要性”的主題演講，在北京航空航天大學拉開了2008年“霍尼韋爾——諾貝爾全球校園行”活動的帷幕，也啟動了與北航青年學子們為期一天半的分享之旅。在這一天半的時間裡，他與學子們分享自己的研究心得，分享自己的大學時光，當然，也分享了自己獲得諾貝爾獎的經歷。

從哈佛大學博士畢業之後，格拉肖博士在哥本哈根繼續做研究，但當時的他和周圍的人並沒有意識到這項工作有什麼重大意義。很多年過去了，格拉肖博士和兩個同伴卻因為對這項研究的獨立貢獻共同獲得了諾貝爾獎。

格拉肖博士稱自己從沒想過去追求諾貝爾獎。他的理想是成為大學里比較好的物理老師，目標是進一步拓展人類的知識，然而他卻讓人類對生存的世界有了更進一步的了解，這也正是他所做研究的意義所在。

這位物理老師熱愛文學，了解音樂，喜歡讀英國著名作家簡·奧斯汀的小說。但是，在與北航學子們一樣的年紀時，他也只是一個物理專業學生，他的興趣還是在自己的專業上，對專業以外的學科，尤其是文科，屬於“被動學習”。

美國的教育體系與大多數國家不相同：美國的高中不分科，大學也不太分科。對美國大學生而言，必須學習哲學和歷史。一個典型的情況是：美國大學生一半時間是學習專業，另外一半時間學習與本專業無關的學科。

格拉肖博士在本科階段學習研究生的數學和物理課程，把文科學習的時間減到最少。到了讀研究生的時候，他意識到，一個文明人應該具備一定的文學、歷史知識，便又反過來學習文學。他還花費一定的時間專門學習中國音樂。

這種學習讓他感覺終身受益。實際上，在過去的25年中，格拉肖博士不僅在粒子物理學和宇宙學領域繼續進行基礎研究，還專註於激發高中生對科學的興趣，致力於提高人文學科的大學生的科學素養。

日本有很多物理學的同行，其中不乏格拉肖博士尊敬的物理學大家。可是有的物理學家只懂物理知識，對本國的歷史和文化知之甚少。而格拉肖博士碰到一位前蘇聯的物理學家，了解美國的歷史比他自己還要清楚，這讓他十分佩服。

“我認為美國的這種體制很好。”格拉肖博士說：“對中國來說，不需要過早地分科，這很重要。工科的學生不能只懂工科，卻不懂本國的歷史文化。”

格拉肖博士還給中國的學生提了一個建議。“我曾招收過許多頂尖的中國學生，他們都十分優秀，但我還不了解中國的平均教育水平和情況，只能說對物理學科的學生略有所知。我認為，中國物理教育的理論成分偏重，要注重培養學生動手實踐的能力。即便是研究理論物理，我也認為他們應該多去實驗室，多動手。”

為了能與更多的青年學生交流，今天早上，格拉肖博士又把外國教授與學生們通行的交流方式——早餐會搬到了北航。在與北航的20名學子共進早餐后，他送給每名學生一本自己的自傳。這是他僅有的3本著作中的一本。格拉肖博士希望：“你們能夠從中找到開啟研究這個更大的世界的鑰匙，發現樂趣與靈感。”

2005年11月11日，中國科學院愛因斯坦講座教授，“粒子物理標準模型”之父格拉肖（Sheldon Lee Glashow l932-）教授（美國哈佛大學和波士頓大學）應邀來高能所訪問，並做了題為“Comments about Particle Physics in China”的精彩報告。

上個世紀60年代初，格拉肖在規範場理論的基礎上討論過弱相互作用和電磁相互作用統一的問題，預言了中性弱流的存在，但沒有能夠從理論上得到有靜止質量的中間玻色子。1975年，他和合作者一起在電弱統一理論和量子色動力學的基礎上，提出了把弱相互作用、電磁相互作用、強相互作用統一起來的大統一理論，在基本粒子和場論的理論研究以及宇宙學的研究中都有較大的影響。正是由於這些成就，他與S.溫伯格、A.薩拉姆共同獲得了1979年諾貝爾物理學獎。

粒子物理標準模型堪稱是二十世紀物理學取得的最重大成就之一。格拉肖教授是粒子物理標準模型奠基人之一，也是大統一理論的開創者，他還成功地預言了粲夸克的存在。

科學家們經過多年的探索發現，世界上所有的物質都是由百十種不同的元素構成的，而元素又都由不同數目的質子、中子和電子組成，而質子、中子又有內部結構，它們由夸克組成（左圖：一個質子由兩個上夸克和一個下夸克組成，一個中子由兩個下夸克和一個上夸克組成），而 介子是由夸克和反夸克組成。質子、中子、介子、輕子、光子等統稱為基本粒子，而基本粒子之間的相互轉化是因為存在著引力、電磁力、弱力和強力4種自然力的相互作用。其中，幾乎所有的粒子之間都存在引力，但電磁力只存在於帶電粒子之間。

這4種力之間有何關係？物理學家們一直力圖找到把它們統一起來的途徑。格拉肖（右圖）是最早涉足弱力和電磁力統一研究領域的。弱力的強度只有電磁力的千分之一，它們是完全不同的兩種自然力，1961年，格拉肖提出：弱力和電磁力的雖然似乎沒有相似之處，但可以從用數學方式對這兩種自然力的描述中看出它們在某些方面的相似性，弱力和電磁力的統一併不是沒有可能的。格拉肖巧妙地運用"規範場"的方法，搭起了統一弱力和電磁力的框架。非阿貝耳規範場論是楊振寧和密耳斯（RL.Mills）在1954年提出的。但格拉肖沒辦法解釋的是：弱力的作用非常微小，傳遞弱力的粒子卻很重，它的質量約為質子質量的幾十倍到百倍。為何"傳遞子"具有那麼巨大的質量呢？

溫伯格（S.Weinberg，1933-）（左圖）是格拉肖的同事，在研究自然力的統一問題時也遇到了同樣的問題。溫伯格注意到英國物理學家赫格斯在一篇論文中的論述：可以利用真空的某些性質，使本來沒有質量的規範場，體面地獲得質量。溫伯格受到很大啟發，運用這種思路在1967年成功地把弱力和電磁力統一起來。與此同時，巴基斯坦物理學家薩拉姆（A.Salam，1926-1996）（右圖）的研究也獲得了類似的結果。他們闡明了作為規範場粒子是可以有靜止質量的，計算出這些靜止質量同弱作用耦合常數以及電磁作用耦合常數的關係。

這個理論中很重要的一點是預言弱中性流的存在，而當時實驗上並沒有觀察到弱中性流的現象。由於沒有實驗的支持，所以當時這個模型並未引起人們的足夠重視。1973年，歐洲核子中心和美國費米實驗室在氣泡室實驗中相繼發現了弱點

），人們才開始重視此模型。

三位科學家創立了弱電統一原理：弱力和電磁力實際上是同一種力--電弱力的不同表現，1979年，他們共同獲得了諾貝爾物理學獎（右圖）。

科學家致力於驗證這一理論的研究，要在實驗中尋找產生弱作用傳播子W±和Z0，有兩個條件是必須具備的：一是對撞的粒子必須具有足夠高的能量，以便有可能產生重質量粒子W±和Z0；另一是碰撞的次數必須足夠多，才會有機會觀測到極為罕見的特殊情況。前者是魯比亞的功勞，後者是范德梅爾的功勞。

魯比亞（Carlo Rubbia, 1934-）（左圖）和范德梅爾（Simon Van Der Meer, 1925-）（右圖）因在發現弱作用傳播子W±和Z0的大規模實驗方案中所起的決定性作用，共同分享了1984年度諾貝爾物理學獎。

魯比亞建議將歐洲核子研究中心（CERN）最大的質子同步加速器（SPS）作為正反質子的儲存環。質子束和反質子束在儲存環中沿相反方向作環形運動，然後在特定位置相互碰撞。在SPS存儲環的周邊上安排有兩個碰撞點，碰撞點周圍裝有巨大的探測系統，可以記錄碰撞生成的粒子的信息，從而進行尋找弱作用傳播子W±和Z的實驗。范德梅爾提出了隨機冷卻的方法，可以使粒子束得到“冷卻”，提高束流密度，進而提高對撞機的亮度，使實驗發現W±和Z0粒子成為可能。

1983年1月20-21日，在CERN這台質子—反質子對撞機上工作的兩個實驗組分別宣布發現了W±——特性與弱電統一理論所期待的完全相符的規範粒子。由於產生Z0的機會要比產生W±的機會小10倍，在花費4個月時間后想辦法將加速器束流的亮度提高了10倍。1983年5月4日，魯比亞領導的實驗組終於找到了Z0的第一個事例。W±和Z°粒子的發現及其性質最終確定了弱電統一理論的正確性，對揭示弱作用本質有重大意義。