揭秘诺贝尔奖华人得主李政道与杨振宁恩怨始末
2009年12月21日 10:43新浪读书 】 【打印共有评论0

谈话时间很长。对爱因斯坦提的问题他们都分别做了回答。爱因斯坦很开心,最后,从座椅上站起来,同李政道握手,恳切地对他说:“祝你未来在物理上成功。”

李政道对能得到机会和爱因斯坦讨论物理问题当然非常兴奋。遗憾的是,他本想把爱因斯坦写的《相对性的意义》一书带去,请爱因斯坦签名留念,可是因为去得太匆忙,没有带上,错过了这个极好的机会。

杨振宁对这次和爱因斯坦的会见,几乎回忆不出什么,据说他对爱因斯坦的口音很不适应,而且爱因斯坦说话声音较低。更有意思的是,杨振宁竟连李政道是否和他一起去见了爱因斯坦,也记不起来了。只是后来,他才确认李政道的确是和他一起去的。

李政道和杨振宁这两位年轻的中国学者在普林斯顿的合作及其卓故事是这样的:

施里弗(J. R. Schrieffer)在他的著作《超导理论》(Theory of Superconductivity,W. A. Benjamin,Inc. Pub.,1964)第二章中说:“在利用变分法后算Hred 基态能量和波函数的尝试中,作者试图利用朝永振一郎的中间耦合近似方法,这个方法在解介子和核子耦合问题和极化子问题时已经为人熟知。在这些问题中,我们假定波色子(介子或声子)连续地发射到(分别是质子或电子的)同一个轨道态中。轨道态φ 和N/2 波色子态的权重AN 通过取系统能量极小确定。李政道,洛和派因斯(Lee,Low and Pines)通过假定与权重AN 等价的参数表达形式简化了极化子过程。经过正则变换,从公式中消除电子的坐标之后,它们的波函数变为:

这里a+ 是声子的产生算符。函数gk 实际上就是电子周围声子的轨道波函数的傅立叶变换。

将这些物理上的想法应用到超导理论上的过程是有些复杂的,它分几个方面。首先,“配对子(pairon)”算符并不真正满足波色子统计,其次,在我们的系统中,电子数N0 是个确定的数,而不是在数值N0 附近的具有有限宽度的一个概率分布|AN|2。作者试图通过下列公式表达Hred 的基态:

这里,在进行指数展开时,我们用到了这个事实:bk+2 = 0。可以很容易看出归一化积分为:

施里弗这段叙述的背后也还有一段有趣的故事。据李政道回忆,1953 年暑期完后,巴丁对李先生这几篇极化子的文章非常感兴趣,很希望李政道能介绍一位年轻粒子物理和场论的专家去伊利诺伊大学,帮助研究超导问题。那时候在哥伦比亚大学有一位天赋很高的研究生库珀(Leon Cooper)。他的博士论文是μ 介子原子(μmesic atom) ,他的导师和合作者是李政道的二位好友,哥伦比亚的色波(R. Serber)教授和汉雷(E. Henley)博士。在李政道的推荐与鼓励下,库珀在得到了哥大博士学位之后,先去普林斯顿高等研究院一年,之后就加入到巴丁的凝聚态理论组。

据施里弗告诉李政道,库珀去了伊利诺伊大学后,给了三个演讲,分析如何可用场论方法解超导问题。施里弗那时候是巴丁的博士研究生。库珀的第三个演讲宣称场论不能解超导。之后,他就写了一篇库珀对(cooper pair)的文章(L. N. Cooper,Phys. Rev. 104,1189(1956))。可是,库珀对仅仅是一个重要的观念。如何产生库珀对?产生后又如何应用?这些都是棘手的问题。

1957 年新年刚开始,吴健雄和她的合作者完成了钴60 的实验,证明β 衰变宇称不守恒。几天后,伽温(R. Garwin)和莱德曼(L. Lederman)完成了π-μ-e 实验,也得到了宇称不守恒的结果。1957年元月中旬,在新泽西州的霍波肯(Hoboken)城的斯体温(Stevens)学院召开了一个国际性的凝聚态物理和统计力学大会。主持者是乌伦贝克(George Eugene Uhlenbeck),他与高的斯米特(S. A. Goud*it)一起,在20 年代,首先假设电子有自旋。巴丁派他的博士生施里弗参加了这次会议。会议的主讲者之一就是李政道。据施里弗回忆,听李政道讲演的听众甚多,但大多数是粒子物理学家。李政道演讲的题目是关于极化子和波色硬球问题。一讲完,大家提出大批问题,但是所有的问题和李政道的演讲毫无关系,都是关于宇称不守恒的!只有施里弗对这次演讲印象深刻。会后,施里弗因为还是学生,学校只允许他报销火车票,他只能坐火车返校。火车很慢,在火车上,他一直琢磨着李政道写在黑板上的极化子波函数的公式(即上面的(2–22))。火车慢慢地行驶着,在车厢不停地晃动中,他突然灵机一动,只要将声子的对算符ak+ +a-k 改成电子对的对算符bk++b-k(即上面的公式(2–23)), 再考虑到费米统计bk+2 = 0,就得到公式(2–24),一切问题随即迎刃而解。那就是后来的BCS 波函数!幸而火车很慢,等到火车抵达美国中部伊利诺伊州的阿版纳(Urbana)城,施里弗已经从波函数推出了能隙方程。他到了学校以后,马上就找到了巴丁和库珀,向他们报告他的发现。巴丁深刻地了解当时的所有超导现象。一星期后,他们三位就完成了举世闻名的BCS 理论!(1972年诺贝尔物理奖,这也是巴丁第二次得诺贝尔物理学奖)。

李政道在普林斯顿工作,既有成就又很愉快。本来,更加光明的前景正在等待着他。

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   编辑: 刘嵩
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