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1、相变理论
统计力学是杨振宁的主要研究方向之一。他在统计力学方面的特色是对扎根于物理现实的普遍模型的严格求解与分析，从而抓住问题的本质和精髓。
1952年杨振宁和合作者发表了3篇有关相变的重要论文。 第一篇是他在前一年独立完成的关于2维Ising模型的自发磁化强度的论文，得到了1/8这一临界指数。这是杨振宁做过的最冗长的计算。Ising模型是统计力学里最基本却极重要的模型，但是它在理论物理中的重要性到20世纪60年代才被广泛认识。
1952年，杨振宁还和李政道合作完成并发表了两篇关于相变理论的论文。两篇文章同时投稿和发表，发表后引起爱因斯坦的兴趣。论文通过解析延拓的方法研究了巨配分函数的解析性质，发现它的根的分布决定了状态方程和相变性质，消除了人们对于同一相互作用下可存在不同热力学相的疑惑。
这两篇论文的高潮是第二篇论文中的单位圆定理，它指出吸引相互作用的格气模型的巨配分函数的零点位于某个复平面上的单位圆上。
2、玻色子多体问题
起源于对液氦超流的兴趣，杨振宁在1957年左右与合作者发表或完成了一系列关于稀薄玻色子多体系统的论文。
首先，他和黄克孙、Luttinger合作发表两篇论文，将赝势法用到该领域。在写好关于弱相互作用中宇称是否守恒的论文之后等待实验结果的那段时间，杨振宁和李政道用双碰撞方法首先得到了正确的基态能量修正，然后又和黄克孙、李政道用赝势法得到同样的结果。
他们得到的能量修正中最令人惊讶的是著名的平方根修正项，但当时无法得到实验验证。不过，这个修正项随着冷原子物理学的发展而得到了实验证实。
3、杨—Baxter方程
20世纪60年代，寻找具有非对角长程序的模型的尝试将杨振宁引导到量子统计模型的严格解。1967年，杨振宁发现1维δ函数排斥势中的费米子量子多体问题可以转化为一个矩阵方程，后被称为杨—Baxter方程（因为1972年Baxter在另一个问题中也发现这个方程）。
1967年，杨振宁还写了一篇于翌年发表的文章，进一步探讨了此问题的S矩阵。后来人们发现杨—Baxter方程在数学和物理中都是极重要的方程，与扭结理论、辫子群、Hopf代数乃至弦理论都有密切的关系。
杨振宁当年讨论的1维费米子问题后来在冷原子的实验研究中显得非常重要，而他在文中发明的嵌套Bethe假设方法次年被Lieb和伍法岳用来解出了1维Hubbard模型。Hubbard模型后来成为高温超导的很多理论研究的基础。
4、超导体磁通量子化的理论解释
1961年，通过和Fairbank实验组的密切交流，杨振宁和Byers从理论上解释了该实验组发现的超导体磁通量子化，证明了电子配对即可导致观测到的现象，澄清了不需要引入新的关于电磁场的基本原理，并纠正了London推理的错误。
在这个工作中，杨振宁和Byers将规范变换技巧运用于凝聚态系统中。相关的物理和方法后来在超导、超流、量子霍尔效应等问题的研究中广泛应用。
5、非对角长程序
1962年，杨振宁提出“非对角长程序（off-di-agonal long-range order）”的概念，从而统一刻画超流和超导的本质，同时也深入探讨了磁通量子化的根源。
这是当代凝聚态物理的一个关键概念。1989到1990年，杨振宁在与高温超导密切相关的Hubbard模型里找到具有非对角长程序的本征态，并和张首晟发现了它的SO（4）对称性。
杨振宁的人物评价
杨振宁出生于1922年，1944年毕业于西南联大。一般人的22岁都是大学刚毕业，但杨振宁此时是研究生毕业。翌年，杨振宁赴美国留学，博士毕业后转到普林斯顿高等研究院，在这里和李政道两人共同进行研究。
1956年，两人联合发表了宇称不守恒理论，并在1957年获得了诺贝尔物理学奖，研究甫一发表便获得诺奖，这在世界学术世上十分罕见，也足以体现杨振宁的这项研究有着多么重要的意义。
虽说杨李二人的宇称不守恒理论获得了诺贝尔奖，但杨振宁一生还有着很多其他的重要理论发表，比如杨-米尔斯方程。后者对于整个物理学的意义不亚于前者，甚至还要高于前者。
在1994年，杨振宁又荣获了鲍尔奖，这次是因为他的规范场理论。可以说，杨振宁是世界最伟大的理论物理学家之一，他的理论对于普通人来说艰涩难懂，但在物理学界，他是一位开创性的人物，他的理论将引领着之后的科学家继续前进。
杨振宁的论文著作
论文：大约300篇发表于《物理评论》《物理评论通讯》等。
著作：
《论文选集与后记1945-1980》（英文），（佛里门公司，1983）
《杨振宁文集》（中文），（上海华东师范大学出版社，1998）
《曙光集》（中文），（简体版，北京三联书店；繁体版，八方文化创作室，2008）
2018年5月，杨振宁及其夫人翁帆编著的科学随笔《晨曦集》出版发行。
此外，还有《对弱相互作用中宇称守恒的质疑》《基本粒子发现简史》《读书教学四十年》《科学、教育和中国现代化》《科学的品格》《新世纪的科技》《20世纪的物理学》《对称与物理》等。
有人说杨振宁是20世纪中继爱因斯坦和费米之后，第三位具有全面的知识和才能的“物理学全才”，是华人当中知名度最高的当代科学家之一。曾任布洛克海文国立实验室主任的实验物理学家萨奥斯说：“杨振宁是一位极具数学头脑的人，然而由于早年的学历，他对实验细节非常有兴趣。他喜欢和实验学家们交谈，对于优美的实验极为欣赏。”美国物理学家、诺贝尔奖获得者赛格瑞（E.Segre）推崇杨振宁是“全世界几十年来可以算为全才的三个理论物理学家之一”。（网易评）
作为中国首位诺贝尔奖得主，杨振宁在中国政界、学术界一直受到极高的尊崇。（腾讯评）
杨振宁对数学的美妙的品味照耀着他所有的工作。它使他的不是那么重要的工作成为精致的艺术品，使他的深奥的推测成为杰作。这使得他对于自然神秘的结构比别人看得更深远一些。（物理学家戴森评）
杨振宁是一位极具数学头脑的人，然而由于早年的学历，他对实验细节非常有兴趣。他喜欢和实验学家们交谈，对于优美的实验极为欣赏。（曾任布洛克海文国立实验室主任，实验物理学家萨奥斯评）
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