时隔43年，超引力理论获300万美元科学特别突破奖！

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就在昨天，2020年的基础物理学特别突破奖被授予给了Sergio Ferrara、Daniel Z. Freedman和Peter van Nieuwenhuizen三位物理学家，以表彰他们在43年前提出的将引力与粒子物理结合起来的重要理论。

据悉，旧金山时间2019年8月6日，基础物理突破奖评选委员会宣布，理论物理学家Sergio Ferrara，Daniel Z. Freedman和Peter van Nieuwenhuizen共同获得奖励金额高达300万美元的基础物理学特别突破奖。其中Sergio Ferrara来自欧洲核子研究组织（CERN），Daniel Z. Freedman来自于麻省理工和斯坦福，而Peter van Nieuwenhuizen则来自于石溪大学（Stony Brook University，SBU）。

左起依次为Peter van Nieuwenhuizen、Sergio Ferrara和Daniel Z. Freedman

图片来源：Breakthrough Prize Committee

对于迟来的奖项，三位获奖者都很吃惊，Nieuwenhuizen接受访问时说:“ 我完全，完全说不出话来。这么多年，我们一直认为我们有希望获得这个奖，但是每年都有真正优秀的人摘走它。我完全放弃了希望，但却又获得了它。这真是个惊喜。”

评选委员会主席Edward Witten评论道：“超引力的发现是在描述时空动力学时引入量子变量的开始。引人注目的是，爱因斯坦方程可以被推广成为所谓的超引力理论。”奖项创始人之一、著名投资人Yuri Milner评论道：“当我们提到那些关于人类想象力的伟大作品时，常常指的是艺术、音乐和文学。但是，一些最深刻、最美丽的想象力作品却是是科学家的创作。数十年来，超引力一直激励着物理学家们，这里面可能包含着关于世界本质的深刻真理。”

朝着万物理论进发——超引力理论

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Ferrara，Freedman和Nieuwenhuizen是超引力理论的创始者，这个极具影响力的理论发表于1976年。它是一类将广义相对论进行超对称化的理论模型，它成功地将引力集成到一种特定的量子场理论中，是一种用符合量子力学定律的场来描述自然界中基本粒子和相互作用的理论。正因为这个特点，超引力理论有可能对物质及其相互作用进行统一的理论描述，它也成为了万物理论可能的一环。

在上个世纪六七十年代，学界致力于粒子物理标准模型的构建，而量子场理论作为其数学基础，已经取得了杰出成就，大名鼎鼎的“上帝粒子”希格斯玻色子就是它预测的。但是，标准模型目前明显还不完整。特别是，它只描述了自然界四个基本相互作用中的三个，而引力作用则被排除在外。此外，它也遗留了许多难题，比如：为何基本粒子的质量比普朗克质量小得多？为何没有任何可以用于解释暗物质的粒子？为什么物质远远多于反物质，这种不对称性缘何而来？

图片来源：CERN

于是，在这样的理论背景下，物理学家又于1976年发展出了一套超对称理论，它将标准模型大大扩展了。超对称理论假设每个已知的粒子都有一个看不见的伙伴：  所有的费米子（比如夸克和轻子）都有一个玻色子的超对称伙伴（比如超夸克和超轻子），以及所有的玻色子（比如光子和胶子）都有费米子超对称伙伴（比如光微子和超胶子）。超对称伙伴的粒子间的性质几乎完全一样，差别仅是自旋相反。

尽管，超对称理论解决了标准模型中存在的相当一部分理论难题，但它所预言的许多粒子都尚未通过实验证实。超引力中最关键的问题就是超对称粒子的发现，而大型强子对撞机（LHC）的实验中，并没有发现任何证据，这是不太正常的。但实验上的失败，并没有妨碍科学家们追逐超对称理论的热情。如果说物理学也看颜值的话，那么这种超对称的理论结构，简直就是美得不可方物了。因此，在这种偏爱的驱使下，科学家们仍然孜孜不倦地推进着超对称理论。

我们知道，如果想用超对称性来描述我们日常生活中能见到的现象，比如苹果掉在地上，那就必须将超对称性扩展到包括引力。在上世纪70年代中期，物理学家们对超对称的概念作了重要的推广。他们发现，超对称理论可以作为爱因斯坦广义相对论的引力几何理论基础，这些相应的理论被称为超引力理论。

大型强子对撞机（Large Hadron Collider，LHC）

在这方面，Ferrara、Freedman和Nieuwenhuizen做了杰出的工作。1975年，Ferrara与Freedman在巴黎高等师范学院进行了最初的讨论。随后他们与石溪大学的Nieuwenhuizen合作，并在当时最先进的计算机上进行了大量的计算。最终，他们成功地构建出了一个超引力理论。该理论提出了“重力微子（gravitinos）” ，它是引力子的超对称伙伴。这种超引力理论并非替代了广义相对论，它只是后者的超对称形式。

在超引力理论提出后的这43年里，它对理论物理学产生了深远的影响。它的巨大意义在于，它表明超对称理论能够解释我们在现实世界中看到的所有现象，包括引力。它填补上了量子场论的空缺，使超对称理论离万物理论又近一步。后来，超引力理论被整合到弦理论中。1984 年，在Michael Green和John Schwarz论证超弦理论的数学基础时，它成为了十分关键的一环。此外，在Cumrun Vafa和Andrew Strominger关于量子黑洞的工作中、在Juan Maldacena等人的“全息”引力理论的发展中，也分别发挥了重要作用。如此的例子极多，在此就不一一例举了。

Nieuwenhuizen称，即使超对称粒子没有被发现，他觉得超引力理论仍然是数学的重要组成部分，是一个更好地理解理论数学的工具和框架。“我想，如果我可以这么说的话，这绝对是一件美丽的作品。它是爱因斯坦广义相对论的完美延伸。未来将如何评估它，无论是工具意义上的还是物理现实意义上的，都有待观察。”

科学界的奥斯卡——科学突破奖

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科学突破奖之所以被称之为科学界的奥斯卡，是因为该奖项宣称要让获奖者享有奥斯卡风格的授奖殊荣和声望。该奖项由一众互联网巨头出资设立，包括俄国著名投资人Yuri Milner、谷歌联合创始人Sergey Brin、脸书联合创始人Mark Zuckerberg、腾讯公司联合创始人马化腾等。与诺贝尔奖不同的是，突破奖可以颁发给那些尚未被证实的有影响力的理论工作——弦理论曾多次获奖。

科学突破奖下设５个“生命科学突破奖”奖项、1个“基础物理学突破奖”和1个“数学突破奖”，每个单项奖金额为３００万美元，自2012年创立以来，共累计发放奖金约２亿美元。2016年，中国科学院高能物理研究所研究员王贻芳、美国伯克利国家实验室教授陆锦标及大亚湾中微子实验团队获基础物理学突破奖。这是该奖创立以来首个以中国科学家为主的获奖团队。去年，华裔科学家庄小威、陈志坚也荣获该奖。

而除了通过普通年度提名程序颁发的常规突破奖之外，推选委员会还可以随时颁发基础物理学特别突破奖。与年度基础物理突破奖不同，特别奖并不局限于最新近的发现。本次是该奖项第五次颁发，之前的获得者有霍金、发现希格斯玻色子的七位科学家、观测到引力波的整个LIGO团队以及首次发现脉冲星的Jocelyn Bell Burnell。

2020年科学突破奖颁奖典礼将于2019年11月3日在美国宇航局举办。典礼将全程直播，做为典礼的一部分，获奖者会参加主办方组织的讲座以及论坛。科学突破奖的颁奖典礼典礼极具观赏性，如同奥斯卡颁奖典礼一般。比如去年10月举办的突破奖颁奖典礼，典礼就曾邀请到中国香港歌手邓紫棋登台献唱。