有马朗人在原子核物理方面有很多重要成就。他第一个著名文章是 1954年他和合作者关于原子核磁矩疑难(Arima-Horie) 的论文,这篇论文揭示了原子核磁矩与所谓Schmidt 磁矩(单轨道上一个核子磁矩的解析结果)偏离的原因,是原子核物理中经典论文之一,而那时有马朗人刚刚完成大学阶段的学习。因此在后来为有马朗人庆祝60周岁的大型国际会议上,Munetake Ichimura 教授报告的开场白“What he was at the age of three remains till he will be a hundred years old”[对不起,我的电脑不能输入日语,请参考Ichimura的原文,见Nuclear Physics A522, 201c(1991)],与我们的口头禅”三岁看老“意思是一致的。在有马朗人的年青时代,壳模型方兴未艾,他很快也成为壳模型领域国际级的专家,是当今流行的组态-相互作用壳模型计算的先驱之一;在六十年代-七十年代,他对于原子核集团运动也做出重要贡献。在1969年他和合作者提出了原子核赝自旋对称性[同年美国K. T. Hecht 也发表了一篇这方面文章],而赝自旋对称性至今依然是核物理领域中比较时髦的关键词之一。当然,有马先生在科学方面最重要的贡献当属和他意大利籍学者雅凯罗(Franco Iachello,现美国耶鲁大学讲席教授) 合作提出的相互作用玻色子模型理论。关于玻色子模型原始的框架性内容发表在日本的素粒子研究[素粒子研究,35卷,E47页(1967)] 中,论文也是日文的 [可惜我后来一直没有想到日后会写这篇文章,所以没有与有马朗人确认当初为什么没有写成英文的文章发表在国际期刊], 翻译成中文的意思是三个评论性意见(Three comments)。相互作用玻色子模型完整的理论框架是有马朗人、雅凯罗在70年代中前期合作完成的,这些系列经典论文连载在物理学年鉴 (Annals of Physics) 上。
虽然很多读者可能不在原子核领域内工作,这里我还是尽我所能简要解释一下玻色子模型。 在本系列[核科学群英谱(7): 核结构“标准模型“建立者:迈耶和延森]中曾说明壳模型是原子核结构理论中主流的基本出发点,然而壳模型的组态空间太大,空间截断是必须的。截断中”很物理“的方法是核子配对;核子某些形式的配对能量特别低,因此研究低能核结构时只考虑低能量的配对就包含了模型空间中的最重要成分。不过天不遂人愿,这种配对空间的计算其实是很复杂的,计算矩阵元会遇到多体耦合带来的挑战,在技术上是困难的。有马朗人和雅凯罗大胆提出,用自旋为零和自旋为二的玻色子取代复杂的核子配对,这些玻色子作为点粒子处理,壳模型哈密顿量用玻色子哈密顿量代替。原子核内只有核子,哪里有什么玻色子?玻色子是什么?!但是不管怎样,玻色子哈密顿量有解析结果,可以和实验直接对照;这些解析结果不仅再现了当时已知的原子核转动和转动形态,还预言了一种当时未知的运动形态,称为 gamma 不稳定的O(6)极限;这种状态不久在实验上也被卡斯滕(Richard F. Casten)及其合作者找到了。不仅如此,玻色子哈密顿系统如此简单,以至于当时那么慢的计算机都很容易求解复杂的原子核,而这些原子核结构根本不可能直接用壳模型来研究;玻色子哈密顿量统一地包含了原子核各种形态,所谓集体运动的演化在玻色子模型中非常自然,换句话说:玻色子模型是原子核集体运动形态最简单明了的理论框架。近年来人们在玻色子模型基础上又发现一些解析的对称性,而且人们也很快找到了实例。玻色子模型是代数模型,群论在原子核系统中得到了淋漓尽致的应用。许多数学比较好的物理学工作者致力于拓展玻色子理论、研究玻色子模型的微观基础,实验工作者直接采用用玻色子模型解释和预言实验结果。
有马朗人具有非凡的视野,他不断探究新问题,并推动学科发展,这方面有一个很小的实例。在1996年前后有马先生在美国-日本双边核物理会议上作过一个报告,里面提到了他早年的赝自旋对称性,并明确说明赝自旋对称性还没有一个解释,只是一个经验结果。当时来自洛斯阿拉莫斯实验室的吉诺旧 (Joseph N. Ginocchio) 此后和有马朗人做了深入交流,不久他基于狄拉克方程给出了一个解释,由此掀开了赝自旋对称性的研究热点。这件事情整个情节本文作者与两个当事人当面确认过。有马朗人还曾跟我开玩笑地说,吉诺旧的数学非常好,你告诉他一个物理,他给你一个数学。有马朗人确实可以这样说,因为他发明的玻色子模型出来后,吉诺旧在1980年发明了一个费米子的配对理论,这个理论框架中配对满足与玻色子模型类似的对称性,后来这个理论被修改推广,称为费米子动力学对称模型。华人物理学家冯达旋教授、国内吉林大学吴成礼教授以及我的老师陈金全教授等人都沿着这条路都做过很大贡献。当然,这种实例还有很多。2021年底,冯达旋教授、卡斯滕教授和本文作者编辑了一本纪念文集《有马朗人:科学家、教育家、诗人》在上海交通大学出版社出版,里面有很多这方面的实例,有马朗人在不同时期、不同的物理问题上帮助了很多国际同行,很大地促进了这些国际同行职业生涯的发展。
有马朗人不仅自己的学问做得好,也是教书育人的典范。他博士研究生遍布于日本几乎所有的著名大学,培养了一批原子核理论方面的专家,包括Ikuko Hamamoto、Masayasu Kamirura、Hisasi Horiuchi、Noboru Takigawa、Takaharu Otsuka、Makoto Oka、Toshitaka Kajino等知名学者,在日本本土不是他的学生而在学术或个人成长上受他影响的后辈学者自然很多,而在欧美核物理社团中直接受他影响很大后辈学者 Alex Brown、 Piet van Isacker、Olaf scholten等;在中国受他直接帮助的人很多,而在学术上受他影响比较多的后辈主要有北京大学的孟杰教授和本文作者。