Франк Вильчек - Frank Wilczek

Франк Вильчек
FrankStockholm2004.jpg
Вильчек в 2004 году
Родившийся
Фрэнк Энтони Вильчек

(1951-05-15) 15 мая 1951 г. (69 лет)
Mineola, Нью-Йорк, НАС.
НациональностьСоединенные Штаты
ОбразованиеЧикагский университет (Б.С. ),
Университет Принстона (М.А., Кандидат наук. )
ИзвестенАсимптотическая свобода
Квантовая хромодинамика
Статистика частиц
Аксион модель
Супруг (а)Бетси Девайн
ДетиДружелюбие и Мира[1]
НаградыMacArthur Fellowship (1982)
Приз Сакураи (1986)
Медаль Дирака (1994)
Медаль Лоренца (2002)
Премия Лилиенфельда (2003)
Нобелевская премия по физике (2004)
Премия короля Фейсала (2005)
Научная карьера
ПоляФизика
Математика
УчрежденияМассачусетский технологический институт
Институт Т.Д. Ли и квантовый центр Вильчека, Шанхайский университет Цзяо Тонг
Университет штата Аризона
Стокгольмский университет
ТезисНеабелевы калибровочные теории и асимптотическая свобода  (1974)
ДокторантДэвид Гросс
Интернет сайтfrankawilczek.com

Фрэнк Энтони Вильчек (/ˈшɪлtʃɛk/;[2] родился 15 мая 1951 г.) Американский физик-теоретик, математик и Нобелевский лауреат. В настоящее время он Герман Фешбах Профессор физики Массачусетский Институт Технологий (Массачусетский технологический институт), директор-основатель Института Т. Д. Ли и главный научный сотрудник квантового центра Вильчека, Шанхайский университет Цзяо Тонг (SJTU), заслуженный профессор Университет штата Аризона (АГУ) и профессор Стокгольмский университет.[3]

Вильчек вместе с Дэвид Гросс и Х. Дэвид Политцер был награжден Нобелевская премия по физике в 2004 г. "за открытие асимптотическая свобода в теории сильное взаимодействие."[4]

Личная жизнь

Ранние годы

Рожден в Mineola, Нью-Йорк, Вильчек имеет польское и итальянское происхождение.[1] Его дедушка и бабушка были иммигрантами, которые, по словам Вильчека, «действительно работали своими руками», но отец Фрэнка ходил в вечерние школы, чтобы учиться, работая мастером по ремонту, чтобы содержать свою семью.[5] Отец Вильчека стал «инженером-самоучкой», чьи интересы в области технологий и науки вдохновили его сына.[6]

Вильчек получил образование в государственных школах г. Королевы, посещая Средняя школа Мартина Ван Бурена. Примерно в это же время родители Вильчека поняли, что он исключительный - отчасти в результате того, что Фрэнк Вильчек получил Тест IQ.[7]

Пропустив два класса, Вильчек пошел в среднюю школу в 10-м классе, когда ему было 13 лет. Его особенно вдохновили двое его школьных учителей физики, один из которых читал курс, который помогал студентам с национальными Поиск талантов Westinghouse Science. Вильчек был финалистом 1967 года и в конечном итоге занял четвертое место на основе математического проекта с участием теория групп.[8][9]

Образование

Он получил свой Бакалавр в Математика и членство в Пхи Бета Каппа[10] на Чикагский университет в 1970 году. В последний год своего пребывания в Чикаго он посетил теория групп курс преподается Питер Фройнд, в котором обсуждались многие интересные на тот момент идеи о физика элементарных частиц.[5]

Вильчек поступил в Принстон в качестве аспиранта математики. Через полтора года он перешел с математики на физику, с Дэвид Гросс как его научный руководитель.[5]

Он получил степень магистра математики в 1972 году и Кандидат наук. по физике в 1974 г., оба из Университет Принстона [11]

Семья

Вильчек встретил Бетси Девайн в Принстоне, когда оба смотрели телеканал 1972 шахматные матчи Фишер-Спасский.[12] Они поженились 3 июля 1973 г., и вместе у них есть две дочери, Эмити (академический декан в г. Колледж Дип-Спрингс ) и Мира (старший партнер Link Ventures.)

Религиозные взгляды

Вильчек был поднят Католик но позже «потерял веру в общепринятую религию».[1] Он был описан как агностик[13] но написал в Твиттере в 2013 году, что "пантеист «ближе к цели».[14]

Вильчек сказал, что «мир воплощает прекрасные идеи», но «хотя это может вдохновить на духовное толкование, оно не требует его».[15][16]

Научная деятельность и активизм

Вильчек является членом Научно-консультативного совета Институт будущего жизни, организация, которая работает над уменьшением экзистенциальные риски перед человечеством, особенно экзистенциальный риск от продвинутого искусственного интеллекта.[17]

В 2014 году Вильчек написал письмо вместе с Стивен Хокинг и два других ученых, предупреждая, что «Успех в создании AI будет крупнейшим событием в истории человечества. К сожалению, это может быть и последнее, если мы не научимся избегать рисков ».[18]

Вильчек также поддерживает Кампания за создание Парламентской ассамблеи Организации Объединенных Наций, организация, которая выступает за демократические реформы в Организации Объединенных Наций и за создание более подотчетной международной политической системы.[19]

Вильчек входит в совет директоров Общество науки и общественности. Он является соучредителем Фонд Костюшко коллегии выдающихся ученых польского происхождения и предков.[20]

Вильчек снялся в эпизоде Пенн и Теллер: Фигня!, куда Penn назвали его «самым умным человеком, [которого они] когда-либо видели».

Почести

В 1982 году он был награжден MacArthur Fellowship.[21]

Вильчек был избран членом Национальная Академия Наук в 1990 г. и член Американская академия искусств и наук в 1993 г.[22][23]

Вильчек стал иностранным членом Королевская Нидерландская академия искусств и наук в 2000 г.[24] Он был награжден Медаль Лоренца в 2002 году. Вильчек выиграл Премия Лилиенфельда из Американское физическое общество в 2003 году. В том же году награжден памятной медалью физико-математического факультета. Карлов университет в Праге. Он был со-лауреатом Премии 2003 г. в области высоких энергий и физики элементарных частиц Европейское физическое общество. Нобелевская премия по физике 2004 г. была присуждена совместно Дэвид Дж. Гросс, Х. Дэвид Политцер и Фрэнк Вильчек «за открытие асимптотической свободы в теории сильного взаимодействия». Вильчек также был одним из получателей награды 2005 г. Международная премия короля Фейсала в области науки. В том же году он получил премию «Золотая тарелка» Американская академия достижений.[25] 25 января 2013 г. Вильчек получил почетный доктор от факультета науки и технологий Уппсальский университет, Швеция.[26]

Вильчек держит Герман Фешбах Профессура физики в Центр теоретической физики Массачусетского технологического института. Он также работал в Институт перспективных исследований в Принстоне и Институт теоретической физики на Калифорнийский университет в Санта-Барбаре а также был приглашенным профессором в NORDITA.

Исследование

Нобелевская премия 2004 г. Вильчека была присуждена за асимптотическую свободу, но он помог выявить и развить аксионы, анйоны, асимптотическая свобода, то цветной сверхпроводящий фазы кварковая материя, и другие аспекты квантовая теория поля. Он работал над физика конденсированного состояния, астрофизика, и физика элементарных частиц.

Асимптотическая свобода

В 1973 году, будучи аспирантом, работал с Дэвид Гросс в Университет Принстона, Вильчек (вместе с Гроссом) открыл асимптотическая свобода, который утверждает, что чем ближе кварки друг к другу, тем меньше сильное взаимодействие (или же цветной заряд ) между ними; когда кварки находятся очень близко друг к другу, ядерное взаимодействие между ними настолько мало, что они ведут себя почти как свободные частицы. Теория, которая была независимо открыта Х. Дэвид Политцер, был важен для развития квантовая хромодинамика. Согласно Королевская Нидерландская академия искусств и наук при награждении Вильчека медалью Лоренца в 2002 г.,[27]

Эта [асимптотическая свобода] является феноменом, при котором строительные блоки, составляющие ядро ​​атома - «кварки» - ведут себя как свободные частицы, когда они находятся близко друг к другу, но становятся сильнее притягиваются друг к другу по мере увеличения расстояния между ними. Эта теория является ключом к интерпретации почти всех экспериментальных исследований с использованием современных ускорителей частиц.

Аксионы

Основная статья: Аксион

Аксион - это гипотетический элементарная частица. Если аксионы существуют и имеют низкую массу в определенном диапазоне, они представляют интерес как возможный компонент холодная темная материя.

В 1977 г. Роберто Печчеи и Хелен Куинн постулировал решение сильной проблемы CP, Механизм Печчеи-Куинна. Это достигается путем добавления новой глобальной симметрии (называемой Симметрия Печчеи-Куинна.) Когда эта симметрия спонтанно нарушается, возникает новая частица, как независимо показали Вильчек и Стивен Вайнберг. Вильчек назвал эту новую гипотетическую частицу «аксион» в честь марки стирального порошка,[28] а Вайнберг назвал его «Хигглет». Позже Вайнберг согласился использовать для частицы имя Вильчека.[29]

Хотя большинство экспериментальных поисков кандидатов в темную материю были WIMPs, также было много попыток обнаружить аксионы.[30] В июне 2020 года группа итальянских физиков обнаружила сигнал, который оказался аксионами.[31][32]

Anyons

Основная статья: Аньон

В физика, аньон - это тип квазичастица это происходит только в два-размерный системы, со свойствами гораздо менее ограниченными, чем фермионы и бозоны. В частности, анионы могут обладать свойствами, промежуточными между фермионами и бозонами, включая дробный электрический заряд. Такое непредсказуемое поведение вдохновило Вильчека в 1982 году назвать их «эйонами».[33]

В 1977 году группа физики-теоретики работая в Университет Осло во главе с Джон Лейнаас и Ян Мирхейм, рассчитал, что традиционное разделение на фермионы и бозоны не применимо к теоретическим частицам, существующим в двух размеры.[34] Когда Даниэль Цуй и Хорст Штёрмер обнаружил дробный квантовый эффект Холла в 1982 г., Бертран Гальперин (1984) расширил математику, предложенную Вильчеком в 1982 году для дробной статистики, в двух измерениях, чтобы объяснить ее.[35]

Фрэнк Вильчек, Дэн Аровас и Роберт Шриффер проанализировали дробный квантовый эффект Холла в 1984 году, доказав, что для его описания необходимы анионы.[36][37]

В 2020 году экспериментаторы из Ecole Normale Supérieure и из ЦЕРН сообщается в Наука что они сделали прямое обнаружение эйонов.[36][38]

Кристаллы времени

Основная статья: Кристалл времени

В 2012 году он предложил идею кристалл времени.[39] В 2018 году несколько исследовательских групп сообщили о существовании временных кристаллов.[40] В 2018 году он и Цин-Донг Цзян подсчитали, что так называемая «квантовая атмосфера» материалов теоретически может быть исследована с использованием существующих технологий, таких как алмазные зонды с азотно-вакансионные центры.[41][42]

Текущее исследование

Публикации

Для непрофессиональных читателей

  • 2015 Красивый вопрос: поиск глубокого замысла природы, (448pp), Аллен Лейн, ISBN  9781846147012
  • 2014 (с Стивен Хокинг, Макс Тегмарк и Стюарт Рассел ). "Превосходя самоуспокоенность суперинтеллектуальных машин ". Huffington Post.
  • 2008. Легкость бытия: масса, эфир и объединение сил. Базовые книги. ISBN  978-0-465-00321-1.
  • 2007. La musica del vuoto. Рома: Ди Ренцо Эдиторе.
  • 2006. Фантастические реальности: 49 мысленных путешествий и поездка в Стокгольм. World Scientific. ISBN  978-981-256-655-3.
  • 2002, "О числовом рецепте мира (ода физике)," Дедал 131(1): 142–47.
  • 1989 (с Бетси Девайн ). Тоска по гармониям: темы и вариации из современной физики. В. В. Нортон. ISBN  978-0-393-30596-8.

Технический

  • 1988. Геометрические фазы в физике.
  • 1990. Дробная статистика и анионная сверхпроводимость.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c "Франк Вильчек - Автобиография". Нобелевская премия.
  2. ^ Фрэнк Вильчек: «Красивый вопрос» - переговоры в Google
  3. ^ "Франк Вильчек, профессор физики Германа Фешбаха". Физический факультет Массачусетского технологического института. 2011 г.. Получено 2011-06-14.
  4. ^ "Факты о Фрэнке Вильчеке". NobelPrize.org. Стокгольм: Нобелевский фонд. Получено 2020-05-06.
  5. ^ а б c Вильчек, Франк (15 сентября 2020 г.). «Устное историческое интервью с Фрэнком Вильчеком, 4 июня 2020 г.». AIP. Получено 18 сентября, 2020. Где-то между рабочим классом и низшим средним классом. Да, я бы сказал, нижний средний класс. В отличие от моих бабушек и дедушек, которые действительно работали руками, мой отец, как я уже сказал, был своего рода техником и ремонтником. Он действительно очень хорошо справлялся с этой работой и поднимался по служебной лестнице.
  6. ^ «Нобелевский лауреат, зацепившийся за Стокгольм». Стокгольмский университет. 15 сентября 2020 г.. Получено 18 сентября, 2020. История Фрэнка Вильчека начинается в Квинсе, Нью-Йорк, где он вырос в семье рабочего класса с европейскими корнями. Они были детьми Великой депрессии на Лонг-Айленде и имели ограниченный доступ к ресурсам, но это не мешало им работать над самообразованием. Отец Фрэнка был инженером-самоучкой и передал свой интерес к науке и технике своему сыну.
  7. ^ Дрейфус, Клаудия (28 декабря 2009 г.). «Открытие математических законов природы». Нью-Йорк Таймс. Получено 22 мая 2012.
  8. ^ «Примечательные выпускники: Франк Вильчек, лауреат Нобелевской премии по физике». Объединенная федерация учителей. 7 декабря 2018 г.. Получено 24 сентября, 2020. В старших классах школы Вильчек стал финалистом национального конкурса Science Talent Search. Он говорит, что его предположение о математических структурах, называемых группами, было лучшей частью его проекта, поскольку он ставит «разумный вопрос, который можно задать на этом этапе».
  9. ^ Westinghouse Science Talent Search 1967 (Общество науки и общественности)
  10. ^ "БИБЛИОГРАФИЧЕСКАЯ СПИСОК ФРАНКА ВИЛЬЧЕКА - PDF". docplayer.net.
  11. ^ Фрэнк Энтони Вильчек на Проект "Математическая генеалогия"
  12. ^ Томпсон, Элизабет А. (5 октября 2004 г.). «Вильчек благодарит семью, страну и мать-природу». Новости MIT. Получено 21 сентября, 2020. «Я заметил, что какие бы движения ни выкрикивал Фрэнк, игроки делали то, что он сказал. Они сделают шаги, которые он предсказывал. Это происходило даже тогда, когда то, что он кричал, отличалось от того, что вызывали другие, - вспоминал Дивайн.
  13. ^ Ван, Эми X. (4 августа 2015 г.). «Почему мир так прекрасен? Физик пытается ответить». Slate Magazine.
  14. ^ Вильчек, Франк (8 сентября 2013 г.). «В моей статье в Википедии написано« агностик », но« пантеист »ближе к истине. Спиноза, Бетховен, Уолт Уитмен, Эйнштейн - хорошая компания!».
  15. ^ 'A Beautiful Question', стр. 1-3, 322
  16. ^ «Физик-теоретик ищет дизайн, скрывающийся за красотой природы». Шифер. Получено 28 января 2016.
  17. ^ Кто мы, Future of Life Institute, 2014, архивировано с оригинал на 2014-06-05, получено 2014-05-07
  18. ^ Стивен Хокинг: «Transcendence рассматривает значение искусственного интеллекта, но достаточно ли серьезно мы относимся к ИИ?'". Индепендент (Великобритания). 1 мая 2014 г.. Получено 28 января 2016.
  19. ^ "Обзор". Кампания за Парламентскую ассамблею ООН. Получено 2017-10-27.
  20. ^ «Фонд Костюшко - Американский центр польской культуры - выдающиеся ученые польского происхождения и предков». www.thekf.org. Архивировано из оригинал на 2018-05-09. Получено 2017-09-18.
  21. ^ «Фрэнк Вильчек - Фонд Макартура». www.macfound.org. Получено 2019-01-19.
  22. ^ "Франк Вильчек". www.nasonline.org. Получено 2020-05-11.
  23. ^ "Франк Вильчек". Американская академия искусств и наук. Получено 2020-05-11.
  24. ^ "Ф.А. Вильчек". Королевская Нидерландская академия искусств и наук. Архивировано из оригинал 14 февраля 2016 г.. Получено 14 февраля 2016.
  25. ^ "Золотые медали Американской академии достижений". www.achievement.org. Американская академия достижений.
  26. ^ «Новые почетные докторские степени в области науки и техники - Уппсальский университет, Швеция». www.uu.se. Получено 2016-02-03.
  27. ^ Медаль Лоренца: Франк Вильчек (2002)
  28. ^ Овербай, Деннис (17 июня 2020 г.). «В поисках темной материи они открыли еще одну загадку». Нью-Йорк Таймс.
  29. ^ Вильчек, Франк (7 января 2016 г.). "(Почти) обратимая стрела времени". Журнал Quanta. Получено 17 июн 2020.
  30. ^ "Приближается к Аксионам?" (Physics.aps.org, 9 апреля 2018 г.)
  31. ^ Летцтер, Рафи (17 июня 2020 г.). «Физики объявляют о возможном прорыве в темной материи». Scientific American. Получено 22 сентября, 2020. Группа физиков впервые обнаружила аксион. Аксионы - это неподтвержденные гипотетические сверхлегкие частицы, выходящие за рамки Стандартной модели физики элементарных частиц, которая описывает поведение субатомных частиц. Физики-теоретики впервые предположили существование аксионов в 1970-х годах, чтобы решить математические проблемы, определяющие сильное взаимодействие, связывающее частицы, называемые кварками, вместе. Но с тех пор аксионы стали популярным объяснением темной материи, загадочного вещества, которое составляет 85% массы Вселенной, но не излучает света.
  32. ^ Фальк, Дэн (23 июня 2020 г.). "Тёмная материя состоит из аксионов?". Scientific American. Получено 22 сентября, 2020. Затем, в 1977 году Хелен Куинн и покойный Роберто Печчеи, работавшие тогда в Стэнфордском университете, предложили решение: возможно, существует доселе неизвестное поле, которое пронизывает все пространство и подавляет асимметрии нейтронов. Позже физики-теоретики Фрэнк Вильчек и Стивен Вайнберг пришли к выводу, что если бы Стандартная модель была изменена, чтобы разрешить такое поле, это означало бы существование новой частицы, получившей название аксион. (Вильчек получил идею названия от марки стирального порошка.)
  33. ^ "Anyons, кто-нибудь?". Журнал Симметрия. 31 августа 2011 г.. Получено 24 сентября, 2020. В 1982 году физик Франк Вильчек дал этим межузельным частицам название энион ... «Любой эйон может быть чем угодно, от бозона до фермиона, - говорит Кейлманн. «Вильчек - забавный парень».
  34. ^ Вильчек, Франк (январь 2006 г.). «От электроники до анионики». Мир физики. 19: 22–23. Дои:10.1088/2058-7058/19/1/31. ISSN  0953-8585. Получено 25 сентября, 2020. В начале 1980-х я назвал гипотетические новые частицы «энионами», исходя из идеи, что все идет, но я не терял много сна в ожидании их открытия. Однако вскоре после этого Берт Гальперин из Гарвардского университета обнаружил, что концепция энионов полезна для понимания некоторых аспектов дробного квантового эффекта Холла, который описывает модификации, происходящие в электронике при низких температурах в сильных магнитных полях.CS1 maint: дата и год (связь)
  35. ^ Гальперин, Б.И. (1984). «Статистика квазичастиц и иерархия дробно-квантованных состояний Холла». Phys. Rev. Lett. Американское физическое общество. 52 (18): 1583–1586. Bibcode:1984PhRvL..52.1583H. Дои:10.1103 / PhysRevLett.52.1583. Появление дробной статистики в данном контексте сильно напоминает дробную статистику, введенную Вильчеком для описания заряженных частиц, связанных с «трубками магнитного потока» в двух измерениях.
  36. ^ а б Наджар, Дана (12 мая 2020 г.). "'Milestone "Свидетельства для Anyons, третьего королевства частиц". Проводной. Получено 18 сентября, 2020. В начале 80-х годов прошлого века физики впервые использовали эти условия для наблюдения «дробного квантового эффекта Холла», когда электроны объединяются, чтобы создать так называемые квазичастицы, которые имеют часть заряда одного электрона. (Если кажется странным называть коллективное поведение электронов частицей, подумайте о протоне, который сам состоит из трех кварков.) В 1984 году основательная двухстраничная статья Вильчека, Даниэля Ароваса и Джона Роберта Шриффера показала, что эти квазичастицы должны были быть анионами.
  37. ^ Дюме, Изабель (28 мая 2020 г.). «Люди собираются вместе в 2D-проводнике». Мир физики. Получено 26 сентября, 2020. Существование анионов, получивших свое название от того факта, что их поведение не является ни фермионоподобным, ни бозоноподобным, было предсказано в начале 1980-х физиком-теоретиком Фрэнком Вильчеком. Вскоре после этого другой физик, Берт Гальперин, обнаружил, что анионы могут объяснить некоторые аспекты дробного квантового эффекта Холла, который описывает изменения, происходящие в электронике при низких температурах в сильных магнитных полях. Затем в 1984 году Дэн Аровас, Боб Шриффер и Вильчек доказали, что успешная теория дробного квантового эффекта Холла действительно требует частиц, которые не являются ни бозонами, ни фермионами.
  38. ^ «Дробная статистика при энионных столкновениях» (Наука, 10 апреля 2020 г.)
  39. ^ Вулховер, Натали (30 апреля 2013 г.). «Кристаллы времени могут перевернуть теорию времени физиков». Проводной.
  40. ^ Болл, Филипп (17 июля 2018 г.). "В поисках кристаллов времени". Мир физики. Получено 23 марта, 2019. «Мы экспериментально обнаружили, что кристаллы с дискретным временем не только существуют, но и что эта фаза также чрезвычайно прочна». Михаил Лукин, Гарвардский университет
  41. ^ Ву, Маркус (сентябрь 2018 г.). "'Квантовые атмосферы могут раскрыть тайны материи ». Журнал Quanta. Получено 11 мая 2020.
  42. ^ Цзян Цин-Донг; Вильчек, Франк (10 мая 2019 г.). «Квантовая атмосфера в диагностике материалов». Физический обзор B. 99 (20): 201104. arXiv:1809.01692. Bibcode:2019PhRvB..99t1104J. Дои:10.1103 / PhysRevB.99.201104.

внешняя ссылка