斯坦福大学客座教授丹尼尔·弗里德曼获特别奖

斯坦福大学理论物理研究所(SITP)客座教授丹尼尔·弗里德曼(Daniel Freedman)因其在超重力的发明中所发挥的作用,共同获得了一项特殊的基础物理学突破奖。超重力是一种极具影响力的理论蓝图,用于统一自然界所有的基本相互作用。

Daniel Freedman giving a lecture

丹尼尔·弗里德曼(Daniel Freedman)将于2018年9月在比利时鲁汶的一个会议上发表演讲,他将与另外两名物理学家分享300万美元的奖金。(图片来源:Miriam Freedman提供)

弗里德曼是麻省理工学院应用数学和理论物理学荣誉退休教授,他与欧洲核子研究中心的塞尔吉奥·费拉拉(Sergio Ferrara)和纽约州立大学石溪分校(SUNY Stony Brook)的彼得·范尼文惠森(Peter van Nieuwenhuizen)分享了300万美元的奖金。

1976年,他们三人利用物理学中最近发展起来的超对称性原理,提出了广义相对论的修正版本。这个新版本成功地将引力与自然的其他三种基本力量结合起来。

尽管弗里德曼最近80岁了,但他对物理学的热情丝毫没有减退的迹象。弗里德曼在阿斯彭物理中心(Aspen Center for Physics)参加量子场论新发展研讨会,并准备与普林斯顿大学(Princeton)的同事开展新的合作。

弗里德曼是通过斯坦福大学物理学家、突破奖评选委员会成员安德烈·林德(Andrei Linde)的电话得知这一消息的。

“我不知所措,”弗里德曼回忆道。“我只是说,‘哇,哇,哇。’”

弗里德曼在给同事的后续邮件中写道:“我还没有从星云九号上下来。我得想办法重新计算一下。”

对统一

超引力物理学是字符串的一部分革命性的发现在1970年代所引发的意识到自然的两个基本力——电磁力,负责电和磁、弱核力,构成某些形式的辐射——实际上是不同的一个方面,原始的力量,宇宙是没有星星、年轻的时候分裂。

我还没有从九霄云外走下来。

丹尼尔·弗里德曼

斯坦福理论物理研究所客座教授

这一发现为标准模型的发展奠定了基础,标准模型是一个理论框架,它不仅描述了调节这种“电弱”力的粒子,还描述了在原子内部将质子和中子结合在一起的强力。

标准模型标志着物理学家对自然认识的一个里程碑,但它是不完整的。例如,它未能解释暗物质(一种渗透宇宙的无形物质),也未能解释为什么引力比弱力弱得多——这是一个被称为等级问题的难题。

然后,在1973年,物理学家提出了超对称性理论,该理论通过引入一种新的假设伴侣粒子的存在来解决标准模型的许多缺陷,这种假设伴侣粒子反映了自然界中所有已知的粒子。

超对称性意味着暗物质可能是由一个或多个这样的伙伴粒子或超级伙伴组成的,而电弱力的强度来自于伙伴粒子的能量贡献相等但相反,它们之间的仔细平衡。

1976年,弗里德曼、费拉拉和范nieuwenhuizen在超对称性的基础上扩展了引力。他们的超重力理论引入了一种叫做引力子的新粒子作为引力子的超级伙伴,引力子是阿尔伯特·爱因斯坦提出的引力的量子载体。

斯坦福大学教授林德说:“超对称性将粒子物理学与描述时空的狭义相对论统一起来,但与描述引力的广义相对论却不统一。”“最后一步至关重要,而且极其困难。”

斯坦福大学物理系系主任Shamit Kachru表示,超重力在过去40多年里帮助塑造了理论物理学的图景。“丹对超重力的研究对物理学的许多领域都产生了巨大的影响,包括粒子物理学、量子重力、弦理论,以及几何学、拓扑学和数论方面的问题,”兼任SITP威尔斯家族主任的Kachru说。“我自己的职业生涯包括研究超重力模型,这些模型来自弦理论,灵感来自丹的工作。”

斯坦福大学理论物理学家Renata Kallosh指出,超引力也起到了作用在所谓的KKLT建设-斯坦福大学弦理论的一个版本开发近20年前在Kallosh的帮助下,仍然是最好的解释暗能量,神秘的宇宙排斥力推动时空分开。

卡尔洛什说:“我们都为丹、彼得和塞尔吉奥感到高兴。“丹能来我们真是太幸运了。他不仅是一个伟大的物理学家,而且是一个伟大的人。”

神秘的大自然

弗里德曼在SITP做了五年多的访问学者,参与过新项目的合作,参加过研讨会和演讲活动,教授过有关超重力的研究生课程。他以给学生布置家庭作业并为每个问题推荐古典音乐伴奏而闻名。

Kachru说:“Dan在SITP是一个非常好的公民。“作为一名长期访客,丹带来了特殊的专业知识和技能——在最高水平上——这与我们在没有他的情况下在SITP所拥有的混合是不同的。更广泛地说,这是访问学者的一个特点,这使得他们对我们非常有价值。”

弗里德曼说,他“满怀希望,但并不乐观”,在他有生之年,将会发现超对称和超重力预测出的引力子或其他超级伴侣的证据。

弗里德曼说:“一些纯粹的理论论证告诉我,超对称是不可避免的,如果超对称存在,那么超重力也是不可避免的。”

到目前为止,大型强子对撞机的实验还没有发现任何超级伴侣粒子的迹象,尽管物理学家们指出,超对称性的证据仍有可能作为目前对暗物质和原始引力波(称为b型波)的搜索的一部分出现。

弗里德曼说:“大自然不是很合作。“她在隐藏自己的秘密,没有告诉我们超越标准模型的下一步在哪里。”

但弗里德曼似乎并不太在意大自然的隐秘——如果说有什么不同的话,那就是他对有待解决的谜题感到兴奋。

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弗里德曼和他的同事们将于2019年11月3日周日在NASA机库1号举行的2020年突破奖颁奖典礼上获奖。届时,年度基础物理学奖的获奖者将与生命科学和数学的突破奖获得者一起获奖。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.stanford.edu/2019/08/06/special-breakthrough-prize-awarded-supergravity-work/

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