格拉肖（美国理论物理学家）

成长经历

格拉肖

1950年格拉肖和温伯格一起进入康奈尔大学。格拉肖对这里的本科教学不大满意，因为有名的教授都去给研究生开课，于是就在三四年级时选修了经典电磁理论、量子场论之类的研究生课程。他还经常参加学术报告会。和中学时期一样，他喜欢和同学们讨论问题。1954年大学毕业，格拉肖来到哈佛大学，选择了著名物理学家施温格当自己的导师。在施温格的指导下，格拉肖选取了“基本粒子衰变中的矢量介子”作为自己的博士论文题目。1958年获博士学位。后得到一笔美国科学基金会资助来到丹麦的理论物理研究所。在这里做了两年的研究工作，就在这段时期，他发现了关于弱电统一理论的模型。

个人简历

格拉肖

研究领域

格拉肖的主要研究领域是基本粒子和量子场论。早在60年代初，格拉肖就在规范场理论的基础上讨论过弱相互作用和电磁相互作用统一的问题，预言了中性弱流的存在，不过没有能够从理论上得到有静止质量的中间玻色子。1975年，他又和合作者一起在温伯格-萨拉姆模型、电弱统一理论、量子色动力学的基础上提出了把弱相互作用、电磁相互作用、强相互作用统一起来的大统一理论，在基本粒子和场论的理论研究，以及宇宙学的研究中都有较大的影响。由于这些成就他与S.温伯格、A.萨拉姆共同获得1979年诺贝尔物理学奖。

中国情结

1977年，在夏威夷举行的第七届世界粒子物理学讨论会上，美国著名科学家、哈佛大学教授格拉肖(SheldonLeeGlashow，1979年度诺贝尔物理学奖得主），在追述了科学如同剥葱一样逐层深入研究物质结构的历程之后，根据毛泽东有关“基本粒子”的论述意味深长地说了一段话：洋葱还有更深的一层吗？夸克和轻子是否都有共同的更基本的组成部分呢？许多中国物理学家一直是维护这种观念的。我提议把构成物质的所有这些假设的组成部分命名为“毛粒子”，“以纪念已故的毛主席”，并证明这是“哲学的最高荣誉”，因为他一贯主张自然界有更深的统一。

未深入研究物理学的毛泽东，神奇地预言了二十年后高能物理学的发展趋势。而格拉肖提议将基本粒子命为“毛粒子”.体现了一个世界级的科学家对一个伟大的哲学家跨越意识形态领域的崇高敬意以及他对中国马克思主义自然观的理解和赞同，他也是当时少有的对中国自然科学领域研究不抱有意识形态歧视的科学家之一。

2005年11月11日，中国科学院爱因斯坦讲座教授，“粒子物理标准模型”之父格拉肖教授（美国哈佛大学和波士顿大学）应邀来高能所访问。

谢尔登·格拉肖博士与北航学生代表共进早餐

从哈佛大学博士毕业之后，格拉肖博士在哥本哈根继续做研究，但当时的他和周围的人并没有意识到这项工作有什么重大意义。很多年过去了，格拉肖博士和两个同伴却因为对这项研究的独立贡献共同获得了诺贝尔奖。

格拉肖博士称自己从没想过去追求诺贝尔奖。他的理想是成为大学里比较好的物理老师，目标是进一步拓展人类的知识，然而他却让人类对生存的世界有了更进一步的了解，这也正是他所做研究的意义所在。

这位物理老师热爱文学，了解音乐，喜欢读英国著名作家简·奥斯汀的小说。但是，在与北航学子们一样的年纪时，他也只是一个物理专业学生，他的兴趣还是在自己的专业上，对专业以外的学科，尤其是文科，属于“被动学习”。

美国的教育体系与大多数国家不相同：美国的高中不分科，大学也不太分科。对美国大学生而言，必须学习哲学和历史。一个典型的情况是：美国大学生一半时间是学习专业，另外一半时间学习与本专业无关的学科。

格拉肖博士在本科阶段学习研究生的数学和物理课程，把文科学习的时间减到最少。到了读研究生的时候，他意识到，一个文明人应该具备一定的文学、历史知识，便又反过来学习文学。他还花费一定的时间专门学习中国音乐。

这种学习让他感觉终身受益。实际上，在过去的25年中，格拉肖博士不仅在粒子物理学和宇宙学领域继续进行基础研究，还专注于激发高中生对科学的兴趣，致力于提高人文学科的大学生的科学素养。

日本有很多物理学的同行，其中不乏格拉肖博士尊敬的物理学大家。可是有的物理学家只懂物理知识，对本国的历史和文化知之甚少。而格拉肖博士碰到一位前苏联的物理学家，了解美国的历史比他自己还要清楚，这让他十分佩服。

“我认为美国的这种体制很好。”格拉肖博士说：“对中国来说，不需要过早地分科，这很重要。工科的学生不能只懂工科，却不懂本国的历史文化。”

格拉肖博士还给中国的学生提了一个建议。“我曾招收过许多顶尖的中国学生，他们都十分优秀，但我还不了解中国的平均教育水平和情况，只能说对物理学科的学生略有所知。我认为，中国物理教育的理论成分偏重，要注重培养学生动手实践的能力。即便是研究理论物理，我也认为他们应该多去实验室，多动手。”

为了能与更多的青年学生交流，今天早上，格拉肖博士又把外国教授与学生们通行的交流方式——早餐会搬到了北航。在与北航的20名学子共进早餐后，他送给每名学生一本自己的自传。这是他仅有的3本著作中的一本。格拉肖博士希望：“你们能够从中找到开启研究这个更大的世界的钥匙，发现乐趣与灵感。”

重大成就

格拉肖

上个世纪60年代初，格拉肖在规范场理论的基础上讨论过弱相互作用和电磁相互作用统一的问题，预言了中性弱流的存在，但没有能够从理论上得到有静止质量的中间玻色子。1975年，他和合作者一起在电弱统一理论和量子色动力学的基础上，提出了把弱相互作用、电磁相互作用、强相互作用统一起来的大统一理论，在基本粒子和场论的理论研究以及宇宙学的研究中都有较大的影响。正是由于这些成就，他与S.温伯格、A.萨拉姆共同获得了1979年诺贝尔物理学奖。

粒子物理标准模型堪称是二十世纪物理学取得的最重大成就之一。格拉肖教授是粒子物理标准模型奠基人之一，也是大统一理论的开创者，他还成功地预言了粲夸克的存在。

科学家们经过多年的探索发现，世界上所有的物质都是由百十种不同的元素构成的，而元素又都由不同数目的质子、中子和电子组成，而质子、中子又有内部结构，它们由夸克组成（左图：一个质子由两个上夸克和一个下夸克组成，一个中子由两个下夸克和一个上夸克组成），而 介子是由夸克和反夸克组成。质子、中子、介子、轻子、光子等统称为基本粒子，而基本粒子之间的相互转化是因为存在着引力、电磁力、弱力和强力4种自然力的相互作用。其中，几乎所有的粒子之间都存在引力，但电磁力只存在于带电粒子之间。

这4种力之间有何关系？物理学家们一直力图找到把它们统一起来的途径。格拉肖（右图）是最早涉足弱力和电磁力统一研究领域的。弱力的强度只有电磁力的千分之一，它们是完全不同的两种自然力，1961年，格拉肖提出：弱力和电磁力的虽然似乎没有相似之处，但可以从用数学方式对这两种自然力的描述中看出它们在某些方面的相似性，弱力和电磁力的统一并不是没有可能的。格拉肖巧妙地运用"规范场"的方法，搭起了统一弱力和电磁力的框架。非阿贝耳规范场论是杨振宁和密耳斯（RL.Mills）在1954年提出的。但格拉肖没办法解释的是：弱力的作用非常微小，传递弱力的粒子却很重，它的质量约为质子质量的几十倍到百倍。为何"传递子"具有那么巨大的质量呢？

温伯格（S.Weinberg，1933-）（左图）是格拉肖的同事，在研究自然力的统一问题时也遇到了同样的问题。温伯格注意到英国物理学家赫格斯在一篇论文中的论述：可以利用真空的某些性质，使本来没有质量的规范场，体面地获得质量。温伯格受到很大启发，运用这种思路在1967年成功地把弱力和电磁力统一起来。与此同时，巴基斯坦物理学家萨拉姆（A.Salam，1926-1996）（右图）的研究也获得了类似的结果。他们阐明了作为规范场粒子是可以有静止质量的，计算出这些静止质量同弱作用耦合常数以及电磁作用耦合常数的关系。

这个理论中很重要的一点是预言弱中性流的存在，而当时实验上并没有观察到弱中性流的现象。由于没有实验的支持，所以当时这个模型并未引起人们的足够重视。1973年，欧洲核子中心和美国费米实验室在气泡室实验中相继发现了弱点

），人们才开始重视此模型。

三位科学家创立了弱电统一原理：弱力和电磁力实际上是同一种力--电弱力的不同表现，1979年，他们共同获得了诺贝尔物理学奖（右图）。

科学家致力于验证这一理论的研究，要在实验中寻找产生弱作用传播子W±和Z0，有两个条件是必须具备的：一是对撞的粒子必须具有足够高的能量，以便有可能产生重质量粒子W±和Z0；另一是碰撞的次数必须足够多，才会有机会观测到极为罕见的特殊情况。前者是鲁比亚的功劳，后者是范德梅尔的功劳。

鲁比亚（Carlo Rubbia, 1934-）（左图）和范德梅尔（Simon Van Der Meer, 1925-）（右图）因在发现弱作用传播子W±和Z0的大规模实验方案中所起的决定性作用，共同分享了1984年度诺贝尔物理学奖。

鲁比亚建议将欧洲核子研究中心（CERN）最大的质子同步加速器（SPS）作为正反质子的储存环。质子束和反质子束在储存环中沿相反方向作环形运动，然后在特定位置相互碰撞。在SPS存储环的周边上安排有两个碰撞点，碰撞点周围装有巨大的探测系统，可以记录碰撞生成的粒子的信息，从而进行寻找弱作用传播子W±和Z的实验。范德梅尔提出了随机冷却的方法，可以使粒子束得到“冷却”，提高束流密度，进而提高对撞机的亮度，使实验发现W±和Z0粒子成为可能。

1983年1月20-21日，在CERN这台质子—反质子对撞机上工作的两个实验组分别宣布发现了W±——特性与弱电统一理论所期待的完全相符的规范粒子。由于产生Z0的机会要比产生W±的机会小10倍，在花费4个月时间后想办法将加速器束流的亮度提高了10倍。1983年5月4日，鲁比亚领导的实验组终于找到了Z0的第一个事例。W±和Z°粒子的发现及其性质最终确定了弱电统一理论的正确性，对揭示弱作用本质有重大意义。