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南部阳一郎（日文原名：なんぶ よういちろう ，英文名：Yoichiro Nambu，1921年1月18日—2015年7月5日），美国籍日本理论物理学家，2008年诺贝尔物理学奖获得者。[1][3]
南部阳一郎出生于东京，他两岁时因东京地震，全家搬回福冈。南部阳一郎于福井县立藤岛高中毕业后，进入东京大学理学部物理系学习。[4][5]在东京大学期间，他受到老师汤川秀树教授的影响，在1942年获得理学学士学位后，继续攻读物理学硕士。南部阳一郎的硕士课程因第二次世界大战而提前结束，他应征入伍，在陆军雷达实验室工作。战争结束后，南部阳一郎成为东京大学研究助理，之后在大阪市立大学担任副教授，后升任教授。在这期间，他开始研究粒子物理学的基本理论问题，独立推导描述强子的束缚态性质的方程（即Bethe-Salpeter方程）。[1][3][4]1952年，他获得东京大学物理博士学位后，被推荐到普林斯顿高等研究院访问研究。1954年，南部阳一郎成为芝加哥大学恩里科·费米研究所的助理研究员，后晋升为教授。1970年，他成为美国公民，并在1973年至1976年担任芝加哥大学物理系主任，南部阳一郎在该校工作到1991年退休。2008年，南部阳一郎因发现亚原子物理学中的自发对称性破缺机制而获得诺贝尔物理学奖。2015年7月5日，他因急性心肌梗塞在日本大阪去世逝世，享年94岁。[1][3][6]
南部阳一郎在物理学领域的成就，主要是对亚原子物理学中的自发对称性破缺进行了明确的数学描述，绘制了质量形成的路线图，并通过一种超导理论的考察，进而提出了对称性自发破缺的概念。[3][4]此外，他提出量子色动力学的色荷概念，[7]对色规范理论做出了贡献。[4]南部阳一郎还是弦理论的奠基人之一，弦理论中的南部后藤作用，就是以南部阳一郎和后藤铁男的名字命名的。[7]
早年经历
南部阳一郎于1921年1月18日出生在东京，他两岁时，因东京遭受了一次强烈地震，其父南部吉郎带全家搬回家乡福冈居住。1937年，南部阳一郎从福井县立藤岛高中毕业后，进入东京大学理学部物理系学习。[5][4]在东京大学中，南部阳一郎受到从事早期粒子物理学研究的老师汤川秀树教授的启发，在1942年获得理学学士学位后，继续攻读物理学硕士。当时正值第二次世界大战，南部阳一郎的硕士课程提前6个月结束了，他应征入伍，在陆军雷达实验室工作。[1][3][4]
从事研究
战争结束后，南部阳一郎于1946年起在东京大学担任研究助理。1949年，南部阳一郎被新成立的大阪市立大学聘为副教授，次年升为教授。他在大阪市立大学开始着手研究粒子物理学的基本理论问题，独立地计算了电子的反常磁矩，也独立地推导出描述强子的束缚态性质的方程（即后来被称作Bethe-Salpeter方程的著名方程）。[1]1952年，南部阳一郎获得东京大学物理博士学位，其导师是1965年诺贝尔物理学奖得主朝永振一郎。之后，朝永教授将他推荐给美国原子弹之父、时任普林斯顿高等研究院（IAS）院长的大物理学家奥本·海默（Robert Oppenheimer）。南部阳一郎因此得到奥本·海默邀请，得以前往普林斯顿高等研究院。[3][4][5]
移居美国
1952年到1954年，南部阳一郎在美国普林斯顿高等研究院进行访问研究，他在这里拜访了爱因斯坦，爱因斯坦向他询问当时粒子物理学的新进展。1954年，南部阳一郎获准移民美国，成为芝加哥大学恩里科·费米研究所的一名助理研究员，从事超导现象的理论研究。两年后，他成为芝加哥大学副教授，1958年又晋升为教授。1970年，南部阳一郎入籍成为美国公民，次年他成为芝加哥大学杰出服务教授。1973年到1976年，南部阳一郎担任芝加哥大学物理系主任，他一直在该校工作到1991年退休。[1][3][4][5]2008年，南部阳一郎获得诺贝尔物理学奖，以表彰其在粒子物理中自发对称性破缺工作的成果，[3]之前他曾多次获得该奖项的提名。南部阳一郎独自获得了诺贝尔物理学奖的1/2，另外1/2 授予了另两位日本学者小林诚和益川敏英，这两位日本学者合作预测了亚原子微粒的又一家族，并称之为夸克。获奖后，南部阳一郎和妻子仍过着安静的退休生活。[4][8]
逝世
2015年7月5日，南部阳一郎因急性心肌梗塞在日本大阪逝世，享年94岁。[1][6]
学术成就
南部阳一郎因发现亚原子物理学中的自发对称性破缺机制而获得诺贝尔物理学奖。[3]在物理学中，当一个关于某种对称群的对称性系统进入非对称真空态，就可以说其发生了自发对称性破缺。此时，这个系统的行为不再具备对称性特征。[7]南部阳一郎对亚原子物理学中的自发对称性破缺进行了明确的数学描述，并绘制了一幅质量形成的路线图，并通过一种超导理论的考察，明确提出了对称性自发破缺的概念。他提出了南部一戈德斯通定理，首先将凝聚态物理方法运用于粒子物理理论，在某种程度上揭示了大自然混乱表象下面所隐藏着的对称性，彻底变革了基本粒子及其活动空间的科学概念。[4]这一发现为粒子物理学后续理论的发展奠定了基础。因此，在粒子物理和凝聚态物理中，满足自发对称性破缺模型的玻色子，被命名为南部-戈德斯通玻色子。[7]
此外，南部阳一郎提出量子色动力学的色荷概念，对色规范理论做出了贡献。量子色动力学是描述强相互作用的理论，而色荷是描述夸克之间相互作用的基本量子数，即色荷概念是理解夸克间相互作用的关键。这对于解释基本粒子的质量来源以及弱相互作用起源至关重要。[4][7]
南部阳一郎还是弦理论的奠基人之一，他在弦理论领域做出了开创性研究。[4]弦理论是发展中的理论物理学的一支，结合量子力学和广义相对论为量子引力。弦理论提出了一种全新的物理图像，将基本粒子描述为振动的弦而不是点状粒子。最早期的弦论叫做玻色弦理论，南部阳一郎给出了最早的作用量。弦理论中的南部后藤作用，就是以南部阳一郎和后藤铁男的名字命名的。由于尚没有人对弦理论有足够的了解而做出正确的预测，且现有的高速粒子加速器还不够强大，弦理论尚未得到实验证实，但它被理论物理学家认为是解决量子引力问题、统一所有基本相互作用的可能理论。[7]
书籍
南部阳一郎于1985年出版了《Quarks：Frontiers in Elementary Particle Physics》一书。该书于2013年由中国科学技术大学出版社出版了中文版，由陈宏芳翻译，中文书名《夸克：基本粒子物理前沿》。基本粒子物理的目标是发现和研究物质的基本构成成分——基本粒子的性质以及基本粒子间的相互作用。南部阳一郎在这本书尽可能精确、全面地讲解基本粒子物理在20世纪30至于80年代中的发展及当时人们的认识，主要向读者呈现物理学家们达到目前的知识所经历的思考过程，而不是惯常地陈列最新知识，希望能为对基本粒子物理发展有兴趣的年轻读者起到引导作用。[9][10]
论文
| 发表时间 | 题目 | 发表刊物 |
|---|---|---|
| 1961年 | 《A Dynamical Model of Elementary Particles based on an Analogy with Superconductivity I》(with G. Jona-Lasinio) （《基于超导类比的基本粒子动力学模型I》，与G. Jona-Lasinio合著） | Phys. Rev（物理评论） |
| 1985年 | 《Fermion-Boson Relations in BCS Type Theories》（《BCS类型理论中的费米子-玻色子关系》） | Physica D（物理学报D） |
| 1998年 | 《Symmetry Breaking, Chiral Dynamics, and Fermion Masses》（《对称破缺、手征动力学和费米子质量》） | Nuc. Phys. A（核物理A） |
| 2000年 | 《Aharonov-Bohm Problem Revisited》（《阿哈罗诺夫-博姆问题再探讨》） | Nucl. Phys. B（核物理B） |
| 2004年 | 《Spontaneous Breaking of Lie and Current Algebras》（《Lie和电流代数的自发破缺》） | J. Stat. Phys（统计物理杂志） |
| 2005年 | 《Some Anomalies Related to Spontaneous Symmetry Breaking》（《与自发对称破缺有关的一些异常》） | World Scientific（世界科学） |
| 2009年 | 《Spontaneous Symmetry Breaking in Particle Physics》（《《粒子物理中的自发对称破缺》》） | Rev. Mod. Phys （物理评论） |
| 2010年 | 《Energy Gap, Mass Gap, and Spontaneous Symmetry Breaking，in BCS50》（《能隙、质量隙和自发对称性破缺，BS成立50周年演讲》） | World Scientific（世界科学）[12] |
人物评价
2008年诺贝尔物理学奖得主之一益川敏英评价：南部阳一郎是日本最伟大的物理学家之一，他的成就甚至在汤川秀树、朝永振一郎之上。[2]
芝加哥大学物理学教授彼得·佛洛依德（Peter Freund）评价：南部阳一郎成功的关键是谦虚，他在日本是正教授，但他以研究助理的身份来到美国。[8]
超对称理论家布鲁诺·朱米诺（Bruno Zumino）评价：南部阳一郎总是比我们超前10年，我曾试图理解他的工作，以便能对一个10年之后将会兴盛的新领域有所贡献。然而，我费了10年的时间才理解他的观点。[1]
南部阳一郎的学生乔治·威廉森（Jorge Willemsen）评价：南部阳一郎愿意指导和帮助他的学生，但他不会给学生指定一个具体题目去研究。[1]
中国现当代物理学者邢志忠评价：南部阳一郎是一个时代少有的先知先觉者，也是一个谦虚、和善的普通人，他的成长之路也离不开机遇的垂青和自我的奋斗。[1]
家庭关系
学术相关人物
汤川秀树（1907年1月23日—1981年9月8日），原名小川秀树，日本物理学家，研究领域为粒子物理学、量子力学，[13]由于在核力理论的基础上预言了介子的存在，获得1949年诺贝尔物理学奖，他是获得该奖的第一位日本科学家。他从1939 年至1970年的31年中任职京都大学物理学教授。其中，1943年—1945年汤川秀树兼任东京大学教授，在这期间他启发了正在东京大学物理系学习的南部阳一郎，鼓励了南部阳一郎继续读物理学硕士。[4][14]
朝永振一郎（1906年3月31日—1979年7月8日），日本理论物理学家，因为对量子电动力学的贡献而获得1965年诺贝尔物理奖。二战期间，南部阳一郎在陆军雷达实验室的被分配的任务之一是是监视研制雷达的朝永振一郎。南部阳一郎从他那里了解到基础物理学的最新进展。战争结束后，朝永教授将南部阳一郎推荐到大阪城市大学工作。1952年，南部阳一郎获得东京大学物理博士学位，即是师从朝永振一郎。之后，朝永教授又将南部阳一郎推荐给美国原子弹之父、时任普林斯顿高等研究院(IAS)院长的大牌物理学家奥本海默。南部阳一郎因此得以前往美国普林斯顿高等研究院进行访问研究。[1][4]
南部阳一郎在普林斯顿高等研究院访问研究期间，爱因斯坦也在该研究院工作。奥本海默严肃地告知：没有他的特许，任何人不得去打扰爱因斯坦。 南部阳一郎设法结识了爱因斯坦的助理贝瑞·考夫曼（Bruria Kaufmann），在她的帮助下得到了与爱因斯坦见面的机会。爱因斯坦十分高兴有年轻人费尽心机来拜访自己。他友好地接待了南部，并向后者询问当时粒子物理学的新进展。南部阳一郎邀请不会开车的爱因斯坦乘坐自己的车出去游玩。就在爱因斯坦走向副驾驶那一侧的车门时，南部阳一郎从驾驶的座位抢拍了一张爱因斯坦的照片。[1]
后藤铁男
后藤铁男是日本大学物理学家，南部阳一郎与他合作研究，提出了物理粒子不是单纯的点粒子，而是由于弦的振动产生的激发态。“弦”被定义为由色力组成的“线“，就像橡皮圈一样，把粒子紧拴在一起。以两人的名字命名了弦理论中的南部后藤作用。[5][15]
社会职务
1973年到1976年，南部阳一郎担任芝加哥大学物理系主任。[3]
获奖
| 获奖时间 | 奖项 | 颁奖机构 | 获奖原因 |
|---|---|---|---|
| 1970年 | 丹尼·海涅曼奖 | 美国物理学会 | - |
| 1978年 | 文化勋章 | 日本政府 | - |
| 1982年 | 美国国家科学奖章 | 美国政府 | - |
| 1985年 | 马克斯·普朗克奖章 | 德国 | -[17] |
| 1986年 | 狄拉克奖章 | 国际理论物理中心 | 因对自发对称性破缺的研究而获奖 |
| 1994年 | 樱井奖 | 美国物理学会 | 因对场论和粒子物理的贡献而获奖 |
| 1995年 | 沃尔夫奖 | 以色列政府 | 因将超导理论中的自发对称性破缺引入到粒子物理中，开创了基本粒子物理的多个重要思想而获奖 |
| 1996年 | 吉安·卡洛·威克奖章 | 世界科学家联合会 | - |
| 2003年 | 博格里布夫奖 | 杜布纳联合核研究所 | - |
| 2005年 | 本杰明·富兰克林奖章 | 费城富兰克林学院 | 因对基本粒子物理学标准模型的贡献而获奖 |
| 2007年 | 波莫兰丘克奖 | 莫斯科理论与实验物理学研究所 | - |
| 2008年 | 诺贝尔物理学奖 | 瑞典皇家科学院 | 因在粒子物理中自发对称性破缺工作的成果而获奖 |
荣誉
参考资料 17
- 参考 1
- 「湯川、朝永先生より上」と益川敏英?京産大教授 — 産経新聞社
- Yoichiro Nambu — 诺贝尔奖官网
- 参考 4
- 参考 5
- 诺贝尔物理学奖得主南部阳一郎逝世 享年94岁 — 中国新闻网
- 参考 7
- 参考 8
- 参考 9
- 夸克:基本粒子物理前沿 — 豆瓣读书
- 物理系教授介绍 — 美国芝加哥大学
- ENERGY GAP, MASS GAP, AND SPONTANEOUS SYMMETRY BREAKING — World Scientific
- 参考 13
- 参考 14
- 参考 15
- 参考 16
- 参考 17