
在麻省理工学院的五十多年时间里,他对量子场论做出了重大贡献,并发现了拓扑和几何现象。
83岁离世的迪拉克奖得主、麻省理工学院荣誉教授罗曼·杰基夫因其在量子场论领域的重要贡献而享有盛誉。他的发现,包括阿德勒-贝尔-雅基维反常(Adler-Bell-Jackiw anomalies),对于构建粒子物理学的标准模型起到了关键作用,并在粒子物理学、凝聚态物理学和引力物理学等多个领域产生了显著影响。
作为量子场论的精妙应用中的领军者,他对拓扑学和量子场论中的异常问题进行的有影响力的研究,为当今的理论物理学奠定了许多基础。
麻省理工学院理论物理学中心(CTP)主任、奥托(1939)和简•莫宁斯塔教授的科学家伊恩•斯图尔特表示,罗曼·杰基夫为理论物理学家所能取得的成就树立了榜样。他在粒子物理学、凝聚态物理学和引力物理学等广泛领域做出了深刻贡献。
“杰基夫教授是数学物理领域的先驱,”麻省理工学院科学学院的卡蒂丝和凯瑟琳·玛布尔资深教授兼天体物理学院院长纳吉斯·马瓦尔瓦拉说道。“他在量子场论的创造性运用中揭示了物理问题的奥秘,包括他在拓扑孤子、高温场论、反常存在及其在粒子物理中的作用方面的研究。”
“弗兰克·威尔切克,一位研究物理学的同事以及2004年的诺贝尔奖得主,说道:罗曼·杰基夫有着一种异乎寻常的天赋,能够发现那些已经发展成为丰富而活跃的物理学研究领域的‘奇思妙想’。他在反常理论、拓扑与量子理论的相互作用,以及分数量子数方面的开创性贡献,构成了一个丰厚的遗产,不仅成为基础物理学的核心课题,也是现代量子工程的重要组成部分。”
“他是理论物理学的一个重要且杰出的人物,”Wilczek在杰基死后的一天参加的一个会议上对听众说道。“罗曼是所有这些学科的开拓者,并在它们变得如此流行之前,对它们进行了巨大的推进。”
他以在量子和经典场论中的诸多基础贡献和发现而闻名。他的主要成就之一是在量子场论中确认了著名的Adler–Bell–Jackiw反常现象的存在,这一发现对于粒子物理学标准模型的结构以及超越其的所有尝试都具有深远的影响。
罗曼·杰基夫与普林斯顿大学的斯蒂芬·阿德勒(Stephen Adler)因他们的“著名三角反常现象,这是量子场论与现实世界相关性的最深刻例子之一”而与恩里科·费米理论奖(Dirac Medal)分享殊荣。国际理论物理中心的引文中写道:“杰基夫在凝聚态物理相关的场论方面做出了重大贡献,他与波士顿大学的克劳迪奥·雷比(Claudio Rebbi)合作,在这些理论中发现了分数电荷和自旋。” 他们于1998年在意大利国际理论物理中心获得这一奖项。
“罗曼的风格严谨而数学上精巧,却不拘泥于学究式的教条,”罗伯特·L·贾菲(Otto (1939)和Jane Morningstar科学教授,终身职位)表示。“在他早期关于‘三角形反常’的开创性研究之后,罗曼多年来专注于拓扑方法在量子场论中的应用。尽管杰基夫并未直接参与标准模型的创立,这个模型在20世纪的最后三分之一革新了物理学,但罗曼所创造的分析方法往往对其发展起到了至关重要的作用。”
博莱克·威斯洛奇(Bolek Wyslouch)是物理学教授,也是麻省理工学院核科学实验室的主任。他称杰基夫(Jackiw)为“理论物理学中的巨人之一——使麻省理工学院和理论物理学中心成为世界第一的先锋之一……他的基础工作在确立了粒子物理学的标准模型方面发挥了关键作用,这是物理学中最成功的理论之一。”
在1939年,罗曼·杰基夫出生于波兰卢布林尼茨的一个乌克兰家庭,10岁时搬至纽约市定居。1961年从斯沃斯莫尔学院毕业后,他主修物理学,辅修科学史和数学,然后前往康奈尔大学,与教授Hans Bethe和Kenneth Wilson共同工作,并于1966年获得博士学位。Jackiw回忆起他在写论文时抛弃了Wilson的建议。
“他希望我使用重整化群来寻找电动力学中形状因子的高能行为。事实证明,重整化群并不能控制这一点,但其他近似方法可以被用来解决这个问题,并且我成功做到了。我的论文被发表了,并且至今仍然被引用。”
他曾希望与贝特合作,但贝特专注于核物理而杰基奥对粒子物理更感兴趣。然而,贝特却邀请他共同撰写一本量子力学教材:《中级量子力学》。这本备受欢迎的书籍最近在2018年进行了修订,多年来一直是将量子力学应用于原子物理的基础入门读物。
从1966年到1969年,他在哈佛大学担任资深研究员。在第二年,他去了欧洲核子研究中心,与约翰·贝尔一起工作。“我与他经常讨论现代代数问题”,罗曼·杰基夫回忆道,“后来我们遇到了当时尚存在的中性π介子衰变成两个光子的难题,我们研究了轴矢流的性质,发现了轴矢流反常现象,并且写了一篇文章,这是我的被引用次数最多的论文,也是约翰·贝尔最被引用的粒子物理学论文。”
当时,理论似乎预测中性π介子不会衰变成两个光子,但实验确实观察到了这种衰变现象。根据《物理世界》一文所述,贝尔-杰基尔-阿德勒模型后来由斯蒂芬·阿德勒澄清,他们"通过在量子场论的发散中添加一个'异常'项,成功地从理论上解释了这些观测到的衰变现象。"
在他在哈佛大学的最后一年,Jackiw与麻省理工学院的其他理论物理学家合作。物理学教授Steven Weinberg和Sergio Fubini以及物理系主任Victor Weisskopf共同帮助启动了Jackiw在该研究院的长期教授生涯,该生涯始于1969年。在麻省理工学院的最初几年,Jackiw和David Gross证明了规范反常的消除意味着标准模型中费米子之间存在着有趣的联系,尤其是强相互作用的费米子与非强相互作用的费米子必须以相同的次数出现。多年来,这种消除一直暗示着新费米子的存在,然后才被观察到。
杰基夫于1977-78年在洛克菲勒大学担任访问教授,于1980年在加州大学洛杉矶分校和加州大学圣塔芭芭拉分校担任访问教授,并于1989-90年在哥伦比亚大学担任访问教授。他于2013年成为荣休教授。
Jackiw曾说过,他有两个研究方向。首先是“数学研究,符合狄拉克的美学标准,并具有物理应用,因为它们是美丽的,就像我之前提到的分数电荷现象,还有异常现象。
“然而,另一方面,我也进行了一些方法论的研究,虽然并非全新创意,但是将现有的方案应用于新的背景。比如,我找到了如何在有限温度下进行量子场论和相对论量子场论的方法,借鉴了凝聚态物理学和非相对论量子场论在有限温度下的研究思路。”
杰基夫以处理数学复杂的物理问题而闻名,而无需考虑具体的应用。“我一直喜欢从事那些看似晦涩但却有趣的研究,然后几十年后,这些研究突然变得流行起来,”他说道。
“罗曼·杰基夫(Roman Jackiw)是理论物理学的巨匠,但与众不同。”理论物理学中心罗得·扎哈里亚斯职业发展副教授丹尼尔·哈洛(Daniel Harlow)回忆道:“他很少与他人从事相同的事情,实际上,如果他正在进行的某项工作开始受到关注,他经常会转向其他领域。然而,他的想法总是不断成熟:他会把它们留在那里,然后十年或二十年后,其他人才会意识到他确实已经找到了一些东西。”
例如,哈洛曾经问他为什么在研究万有引力时限制在二个时空维度上。他的回答是:“嗯,因为其他人都在考虑超过四个维度的引力,所以我想我会看看在少于四维度时会发生什么。”
“他在20世纪80年代关于低维引力的研究,最近五年可谓飞速发展,”哈洛说道,“他的影响力将会在麻省理工学院内外流传几代。”
大卫·凯撒,一位物理学教授和格尔梅豪森科学史教授说,与一个CTP博士候选人合作时,“似乎每隔一天我们都会发现罗曼在我们试图弄清楚的这个或那个问题的某个方面上首次发表了文章,而且是很多年前,比我们所追求的更加广泛、更加优雅。他和他的工作对我们仍然是一个重要的启示。”
的确,除了Jackiw在反常现象上的杰出工作之外,他的贡献还包括提供了用孤立子实现电荷和自旋分数化的首个实例,阐明了非阿贝尔规范理论在标准模型中的核心地位下的周期性真空结构,开创了使用量子场论对有限温度下系统进行严格研究的方法,并确定了规范场论和引力理论中切尔-西蒙斯项的性质。
这广泛范围的研究对无数其他人产生了影响。斯图尔特表示:“要欣赏罗曼对理论物理和数学物理的影响,只需看看人们在他们的论文中多频繁地提到他的名字,例如‘阿德勒-贝尔-杰基奇反常’,‘杰基奇-泰特尔博伊姆引力’,‘费德耶夫-杰基奇量子化’,‘杰基奇-诺尔-蕾森设定’,以及‘杰基奇-罗西’,‘杰基奇-莱比’和‘杰基奇-派’等模型。”
罗曼指导了30多位博士生,其中包括埃斯蒂亚·艾欣顿(康奈尔大学),约瑟夫·利肯(费米实验室)和安德鲁·斯特罗明格(哈佛大学);他是"对一代又一代博士生都极具影响力的成功导师,他们在理论物理学领域建立了一所专注于运用高深数学方法探索量子场论物理内容的'学派'",杰夫回忆道。
其他奖项和荣誉
从1969年到1971年,罗曼·杰基夫历任阿尔弗雷德·P·斯隆研究学者,并在1977年到1978年间担任约翰·西蒙·古根海姆纪念学者。1995年,他获得丹尼·海因曼数学物理学奖,以表彰他运用量子场论的丰富想象力来阐明物理问题的贡献,包括他在拓扑孤子、高温场论、异常现象存在以及这些异常现象在粒子物理学中的作用方面的研究。2007年,他又获得了伦敦玛丽女王大学的邦纳散文奖。
他是美国艺术与科学院、美国物理学会、美国国家科学院的会员,并且是乌克兰国家科学院的外籍会员。同时,他也被意大利都灵大学、瑞典乌普萨拉大学、乌克兰基辅波戈留博夫研究所以及加拿大蒙特利尔大学授予名誉博士学位。
杰基夫教授还著有六本书,分别是:“《电流代数及其应用》”(与S. Treiman和D. Gross合著);1982年出版的《动力学规范对称性破缺》(与E. Farhi合著);1985年出版的《避难岛II》(与N. Khuri, S. Weinberg和E. Witten合著);1985年出版的《电流代数与反常》(与S. Treiman. B. Zumino和E. Witten合著);1995年出版的《理论与数学物理的多元话题》;以及2002年出版的《流体力学讲座》。