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科学 / tsung-dao-lee

李政道

出生于中国的美国理论物理学家,因研究弱相互作用中的宇称不守恒而共同获得1957年诺贝尔物理学奖。

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李政道(1926年11月24日—2024年8月4日)是出生于中国的美国理论物理学家,研究领域涵盖粒子物理学、统计物理学和量子场论。他与杨振宁因对宇称定律的研究共同获得1957年诺贝尔物理学奖。这项研究确立了弱相互作用中的左右对称性并不一定成立。他学术生涯的大部分时间都在哥伦比亚大学度过。此外,他还推动建立国际研究机构,并创办项目,支持中国学生赴海外攻读研究生。(nobelprize.org)

早年生活与教育

李政道出生于上海。中国抗日战争打断了他的学业,1943年,他尚未按常规完成中学学业、取得毕业文凭,便进入浙江大学。随着战事进一步扰乱求学生活,他于1945年转赴昆明的国立西南联合大学。在那里,物理学家吴大猷鼓励他继续深造,并提名他申请中国政府资助的赴美研究生留学奖学金。(columbia.edu)

1946年,李政道虽未取得本科学位,仍获准进入芝加哥大学。他成为恩里科·费米的博士生,并于1950年获得博士学位。在后来的访谈中,李政道回忆,费米每周都会用一个下午与他讨论物理问题;这种做法影响了他日后指导博士生的方式。(ias.edu)

1951年至1953年,李政道在普林斯顿高等研究院工作,随后前往哥伦比亚大学担任助理教授。他后来又两度回到高等研究院,分别于1957年至1958年担任研究成员,于1960年至1962年担任教职人员。通过这些任职经历,他参与了战后基本粒子理论和统计系统理论发展的研究群体。(ias.edu)

宇称与弱相互作用

李政道最著名的研究涉及宇称,即与空间坐标反演相关的对称性。如果宇称守恒,一个物理过程及其空间反演后的对应过程就遵循等价的规律。1956年以前,物理学家普遍认为这种对称性适用于所有基本相互作用。李政道和杨振宁指出,强相互作用和电磁学中的宇称守恒已有证据支持,但弱相互作用是否遵守宇称守恒,尚缺乏决定性的实验检验。(physics.aps.org)

推动这项研究的一个重要问题是θ–τ之谜。两种看似不同的粒子具有几乎相同的质量和寿命,却衰变为宇称性质不同的末态。李政道和杨振宁意识到,如果弱衰变不遵守宇称守恒,这些观测结果就可能对应同一种粒子的不同衰变方式。他们的论文《弱相互作用中的宇称守恒问题》于1956年10月1日发表于《物理评论》,并提出了能够解决这一问题的实验方案。(physics.aps.org)

吴健雄与美国国家标准局的合作者利用极低温下核自旋取向一致的钴-60原子的贝塔衰变,开展了决定性的实验检验。发射出的电子相对于核自旋方向表现出方向不对称性,证明了宇称不守恒。理查德·加温、利昂·莱德曼和马塞尔·温里希开展的另一项独立实验,则通过介子衰变提供了佐证。这两篇实验论文均于1957年2月15日发表。(aps.org)

同年稍后,李政道和杨振宁获得诺贝尔物理学奖,各获一半奖金。该奖表彰的是他们的理论研究;实验验证则由吴健雄及其他实验团队完成。宇称不守恒后来成为标准模型描述弱相互作用的一个基本特征。(nobelprize.org)

其他理论贡献

在统计力学领域,李政道和杨振宁于1952年发表了两篇研究状态方程与相变的论文。他们的分析将相变行为与系统巨配分函数的零点联系起来。李–杨圆定理指出,对于包括铁磁性伊辛模型在内的一类系统,在特定条件下,这些零点位于一个圆上。这为将统计函数的解析结构与宏观相变联系起来提供了数学框架。(journals.aps.org)

李政道还提出了李模型,这是一个可解的量子场论模型;他也对高能中微子物理作出了贡献。1964年,李政道与迈克尔·瑙恩贝格分析了与静止质量为零的粒子相关的发散问题。他们的工作构成了木下–李–瑙恩贝格定理的一部分,该定理是粒子理论中计算具有物理意义的量的重要成果。他后期的研究还涉及致密物质、非拓扑孤子、天体物理学以及求解量子力学方程的方法。(columbia.edu)

研究机构与教育

李政道支持布鲁克海文国家实验室发展相对论性重离子研究。他倡导研究夸克–胶子等离子体,并帮助论证建设相对论性重离子对撞机的科学价值。1997年至2003年,他担任理化学研究所—布鲁克海文国家实验室研究中心的首任主任,该中心注重培养青年研究人员和开展国际合作。(bnl.gov)

1979年,李政道发起了中美联合招考物理研究生项目,通常简称为CUSPEA。该项目一直持续到1988年,负责选拔中国学生并安排他们进入北美的物理学研究生项目。它帮助915名学生赴海外深造,为他们参与国际研究、接受高等教育提供了途径。李政道将这一事业与自己当年得到中国老师和费米帮助的经历联系起来。2024年8月4日,他在旧金山逝世,享年97岁。(nobelprize.org)