2020年的諾貝爾物理學獎，頒給了羅杰·彭羅斯、賴因哈德·根澤爾以及安德里亞·蓋茲，他們關(guān)于黑洞的工作加深了人類對宇宙的了解。首先讓我們對這幾位獲獎的物理學家表示祝賀！之前二十多年諾獎在粒子物理、原子分子光物理、凝聚態(tài)物理、天體物理四大領(lǐng)域幾乎是平均分配，而這幾年的頒獎明顯側(cè)重天體物理領(lǐng)域。與其說是打破了諾獎的風水輪流轉(zhuǎn)的趨勢，不如說是給天體物理補發(fā)幾個諾獎，畢竟上個世紀給天體物理領(lǐng)域發(fā)的諾獎和其他三個領(lǐng)域相比還是少很多。

閑話不多說，我們進入正題。這篇文章是專欄【咸魚的粒子物理入門】的番外篇，意在總結(jié)粒子物理領(lǐng)域的諾貝爾獎，作為歷史部分的補充。

一、粒子物理的萌芽時期

1935年，頒給英國人詹姆斯·查德威克，他于1932年發(fā)現(xiàn)了中子的存在。查德威克的發(fā)現(xiàn)表明原子核是有結(jié)構(gòu)的，由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子組成。

1936年，頒給美國人卡爾·戴維·安德森，他于1932年發(fā)現(xiàn)了反電子。這一發(fā)現(xiàn)驗證了狄拉克的預言，在一定程度上證明了狄拉克方程的正確性。（狄拉克已于1933年獲得諾獎）

1939年，頒給美國人歐內(nèi)斯特·勞倫斯，獲獎原因為發(fā)明回旋加速器。這種加速器使得人們對物理的探索范圍擴大至MeV能標，開啟了核物理的時代。

二、強子及強相互作用的探索

1949年，頒給日本人湯川秀樹，他于1935年創(chuàng)立了強相互作用的湯川理論，并預言了介子的存在。湯川理論是第一個關(guān)于強相互作用的有效理論，它的特點是依靠中間傳播子去傳遞相互作用，這種思想對后來量子場論的發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響。

1950年，頒給英國人塞西爾·弗蘭克·鮑威爾，獲獎原因為發(fā)展了探測微觀粒子的照相乳膠紀錄法，并以此探測到了湯川預言的  介子。

1959年，頒給美國人埃米利奧·吉諾·塞格雷和歐文·張伯倫，他們于1955年發(fā)現(xiàn)了反質(zhì)子的存在。這一發(fā)現(xiàn)表明強子也有反粒子，展現(xiàn)了反粒子的普遍性。

1961年，頒給美國人羅伯特·霍夫施塔特和德國人魯?shù)婪颉ぢ返戮S?！つ滤贡?，他們對原子核內(nèi)散射和吸收現(xiàn)象的研究推動了相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

1963年，頒給美國人耶諾·帕爾·維格納、瑪麗亞·格佩特-梅耶和德國人約翰內(nèi)斯·延森。魏格納將群論引入物理學，這成為了粒子物理的最重要的數(shù)學基礎(chǔ)，推動了后來夸克模型和規(guī)范理論的發(fā)展。梅耶和延森發(fā)現(xiàn)了原子核的殼層結(jié)構(gòu)。

1968年，頒給美國人路易斯·阿爾瓦雷茨，他發(fā)展了氣泡室技術(shù)，這一技術(shù)使得人們在50年代探測到了大量的強子，對粒子物理實驗的發(fā)展起到了極大的推動作用。

1969年，頒給美國人默里·蓋爾曼，他于1964年提出了描述強子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的夸克模型?？淇四Ｐ涂梢院芎玫亟忉審娮拥膶ΨQ性，對實驗探測到的上百種強子進行分類。

1976年，頒給美國人伯頓·里克特和丁肇中，他們領(lǐng)導的粒子物理實驗于1974年發(fā)現(xiàn)了  粒子，從而確認了第四種夸克——  夸克的存在。

1990年，頒給美國人杰爾姆·弗里德曼、亨利·肯德爾和加拿大人理查·泰勒，他們在60年代末領(lǐng)導的深度非彈性散射實驗發(fā)現(xiàn)了強子內(nèi)夸克的存在，驗證了蓋爾曼夸克模型的正確性。

2004年，頒給美國人戴維·格羅斯、戴維·普利策、弗朗克·韋爾切克，他們在70年代初發(fā)現(xiàn)了強相互作用的漸近自由現(xiàn)象，即夸克間距離越近相互作用越小，這推動了量子色動力學理論的研究。

三、輕子及電、弱相互作用的探索

1957年，頒給美籍華裔物理學家楊振寧（現(xiàn)為中國籍）和李政道，他們提出了弱相互作用下P宇稱不守恒的結(jié)論，顯示出了弱作用費米理論的局限性，因此推動了弱相互作用的理論研究。

1965年，頒給日本人朝永振一郎和美國人朱利安·施溫格、理查德·菲利普·費曼，他們在40年代末創(chuàng)造了量子場論的重整化方法，使得量子場論計算中的發(fā)散問題得以消除，因此推動了量子電動力學理論的完善。

1979年，頒給美國人謝爾登·格拉肖、斯蒂芬·溫伯格和巴基斯坦人阿卜杜勒·薩拉姆，他們在60年代創(chuàng)立了電弱統(tǒng)一理論，推動了粒子物理標準模型的建立。

1980年，頒給美國人詹姆斯·沃森·克羅寧和瓦爾·洛格斯登·菲奇，他們于1964年指出K介子通過弱相互作用衰變時存在CP對稱性破缺現(xiàn)象。這表明弱作用下不僅P宇稱不守恒，CP宇稱也不守恒。

1984年，頒給意大利人卡洛·魯比亞和荷蘭人西蒙·范德梅爾，他們領(lǐng)導的粒子物理實驗發(fā)現(xiàn)了電弱統(tǒng)一理論預言的傳遞弱相互作用的規(guī)范玻色子  和  。

1988年，頒給美國人利昂·萊德曼、梅爾文·施瓦茨、杰克·斯坦伯格，他們在1962年的實驗發(fā)現(xiàn)了  子中微子  。

1995年，頒給美國人馬丁·佩爾和弗雷德里克·萊因斯，他們的實驗分別于1975年和1956年發(fā)現(xiàn)了  輕子和中微子  。

1999年，頒給荷蘭人赫拉爾杜斯·霍夫特和馬丁紐斯·韋爾特曼，他們在70年代初的工作嚴格證明了電弱統(tǒng)一理論的可重整性，為這一理論的精確計算打下基礎(chǔ)。

2008年，頒給日本人小林誠、益川敏英和美國人南部陽一郎。小林誠和益川敏英于1973年提出了CKM矩陣以解釋CP對稱性破缺現(xiàn)象，同時這一理論也預言了第三代夸克的存在（第三代夸克  分別于1977年和1995年被實驗探測到）。南部陽一郎提出了對稱性自發(fā)破缺理論，這一理論是現(xiàn)代粒子物理的重要基礎(chǔ)之一。

2013年，頒給英國人彼得·希格斯和比利時人弗朗索瓦·恩格勒，他們在60年代建立的希格斯機制解釋了基本粒子的質(zhì)量起源問題，是粒子物理標準模型的核心環(huán)節(jié)。希格斯機制預言了希格斯粒子的存在，歐洲核子中心的大型強子對撞機LHC于2012年探測到了這個粒子。

四、新物理

2015年，頒給日本人梶田隆章和加拿大人阿瑟·麥克唐納，他們于2001年發(fā)現(xiàn)了中微子振蕩現(xiàn)象，證明中微子存在微小的質(zhì)量。這一發(fā)現(xiàn)超出了粒子物理標準模型的預估，是名副其實的新物理。

一點感想。之前去上海交大開會的時候參觀過李政道圖書館，里面存放著李政道先生的諾貝爾獎?wù)拢瑢嵨锟瓷先ケ日掌羞€要耀眼。這不僅是李政道先生一人的榮譽，也是整個粒子物理學界的榮譽。以上的諾獎列表展現(xiàn)了粒子物理從萌芽到發(fā)展壯大的波瀾壯闊的歷史，也見證了人類對微觀世界從懵懂到熟諳的過程。也許有人會說最近幾十年粒子物理理論發(fā)展太超前，無法被實驗驗證，今后可能再難看到粒子物理領(lǐng)域的諾獎。確實如此，但是我相信自然界總會給我們意想不到的驚喜。100年前人們連原子的結(jié)構(gòu)都沒搞清楚，哪能預料到今天人們對微觀世界的深刻認識。同樣，今天的我們也無法想象100年后的物理學是什么樣子。所以，保持一顆對微觀世界的好奇心，未來可期。