返朴|非阿贝尔规范场的起源与争执：关于泡利与杨振宁的轶事
作者：Mikhail Shifman ， 理论物理学家 ， 美国明尼苏达大学 。
译者：陈缮真 ， 爱丁堡大学博士后研究员 。
本文节选自《风雨同路——泡利、爱因斯坦、弗兰克等人未发表的信件》（Standing Together in Troubled Times — Unpublished Letters by Pauli, Einstein, Franck and Others, World Scientific, 2017） ， 中译文刊登于《粲美集》（订阅号：Charm_and_Beauty） 。
本文插图
1950 年代的泡利（照片来源：CERN Pauli Archive）
故事应追溯到 1953 年 。 在如今 ， 杨--米尔斯（Yang--Mills）理论已是我们对微观世界的理解的基础之一 ， 而泡利（Wolfgang Pauli）本可以成为这一开创性发现的作者 。 在那时 ， 在卡鲁扎（Theodor Kaluza）和克莱因（Oskar Klein）对于五个维度上的广义相对论的研究的基础之上 ， 泡利开始对爱因斯坦的广义相对论的六维理论起了兴趣 。 他把爱因斯坦时空观之外的两个额外维度压缩成了二维球体 ， 而这一操作自然而然的呈现出了杨--米尔斯理论的形式 。 然而 ， 在这个理论中 ， 非阿贝尔规范玻色子保持了无质量的状态 ， 在当年 ， 物理学家们所认知的无质量的粒子只有光子和引力子 ， 再加上泡利在 1931 年提出、但是在 1953 年仍未被发现的中微子 。 后来 ， 我在某处读到过 ， 当泡利被问到为什么当年没有发表他关于非阿贝尔规范场理论的研究的时候 ， 他回答道：“我已经设想了一个无质量且长久都未被发现的粒子了（指中微子） ， 我有些怯于再设想出一个……”
因为泡利对自己物理学研究的超高的要求 ， 他搁置了发表非阿贝尔规范场理论（即后来的杨--米尔斯理论）的计划 。 这期间 ， 杨振宁与米尔斯发展出的相似的理论在普林斯顿的一个研讨会上被展示了出来 ， 同时被发表在了《物理评论》（Physical Review）杂志上 。
在研讨会上 ， 泡利连续不断的“骚扰”杨振宁 ， 问他非阿贝尔规范玻色子（也就是我们后来所知的胶子）的质量是什么 ， 因为泡利知道在这个理论中它们的质量被认为是 0 ， 而这一与现实相违背的事实足以扼杀整个理论（在 1964 年希格斯机制被提出和 1973 年量子色动力学被提出之前 ， 科学家是这样认为的） 。 杨振宁说 ， 他也不知道答案应该是什么 。 很明显 ， 泡利的对于这一问题的坚持不懈在杨振宁看来充满敌意 ， 于是杨振宁直接坐到了会场第一排并停下了演讲！这时 ， 奥本海默（J.R. Oppenheimer）鼓励杨振宁回去接着讲 ， 杨振宁这才完成了他的演讲 。
这个本应被泡利发现的杨-米尔斯理论的故事被记载在了洛赫兰·奥赖费阿泰（L. O'Raifeartaigh）的书《规范理论的黎明》（Dawning of Gauge Theory, pp. 243--244）以及亚伯拉罕·派斯（Abraham Pais）的书《科学的天才们 ， 一个肖像画廊》（The Geniuses of Science. A Portrait Gallery）中 。 下文 ， 我引用派斯的描述 。
在 1953 年的 7 月 25 日 ， 泡利寄给我一份标题为《介子-核子反应以及微分几何》（Meson-nucleon interactions and differential geometry）的手稿 ， 开头一句话是“记载于 7 月 21--25 日 ， 看看它是什么样的 。 ”
在这几页手稿中 ， 他介绍了一种规范场势能的同位三重态 ， 并且发现他的“主要结论”是这个场的强度的正确的表达式 ， 如今 ， 我们称这个场为“非阿贝尔规范场” 。 在这份手稿的扉页 ， 泡利写到：
“这份笔记是为了带领你到达真正的新大陆 。 我想 ， 你有很好的机会去把我们老一辈人留下的问题继续解决下去 。 ……”
在 1953 年的晚些时候 ， 泡利的热情逐渐开始消散 。 “如果尝试用公式表示这个场的强度 ， 我们总是会得到一个 0 质量的矢量介子 。 我们可以尝试加入其他介子场——比如有正的静质量的赝标量场 ， 但我觉得这样的操作太刻意了 。 ”
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