Christopher T. Hill

Físico teórico estadounidense

Christopher T. Hill (nacido el 19 de junio de 1951) es un físico teórico estadounidense del Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi que realizó estudios de grado en física en el MIT (BS, MS, 1972) y estudios de posgrado en Caltech (Ph.D., 1977, Murray Gell-Mann ^[1] ). La tesis doctoral de Hill, "Higgs Scalars and the Nonleptonic Weak Interactions" (1977) contiene una de las primeras discusiones detalladas del modelo de dos dobletes de Higgs y su impacto en las interacciones débiles. ^[2] Su trabajo se centra principalmente en la nueva física que se puede investigar en experimentos de laboratorio o en la cosmología.

Hill es un creador, junto con William A. Bardeen y Manfred Lindner , de la idea de que el bosón de Higgs está compuesto de quarks top y anti-quarks top. Esto surge del concepto de punto fijo infrarrojo del quark top , ^[3] con el que Hill predijo (1981) que el quark top sería muy pesado, contrariamente a las ideas más populares en ese momento. La predicción del punto fijo se encuentra dentro del 20% de la masa del quark top observada (1995). Esto implica que los quarks top pueden estar fuertemente acoplados a distancias muy cortas y podrían formar un bosón de Higgs compuesto, lo que llevó a los condensados ​​de quarks top , ^[4] topcolor , ^{[5] [6]} y la deconstrucción dimensional , una descripción reticular renormalizable de dimensiones adicionales del espacio. ^[7] El modelo original de condensación superior mínima predijo que la masa del bosón de Higgs sería aproximadamente el doble del valor observado de 125 GeV, pero las extensiones de la teoría logran concordancia con las masas del bosón de Higgs y del quark superior. Varios bosones de Higgs pesados ​​nuevos, como un estado ligado escalar del quark b, pueden ser accesibles para el LHC . ^{[8] [9] [10]}

Hill fue coautor (con Elizabeth H. Simmons ) de una revisión exhaustiva de las teorías dinámicas fuertes y la ruptura de la simetría electrodébil que ha dado forma a muchas de las búsquedas experimentales de nueva física en el Tevatron y el LHC . ^[11]

Los mesones pesado-ligeros contienen un quark pesado y un antiquark ligero, y proporcionan una ventana a la dinámica de la simetría quiral de un único quark ligero. Hill y Bardeen demostraron que los estados fundamentales ^{de paridad} (de espín) están separados de los socios de paridad por una brecha de masa universal de aproximadamente debido a la ruptura de la simetría quiral del quark ligero . ^[12] Esto predijo correctamente una resonancia anormalmente duradera, la (y la ahora confirmada ), diez años antes de su descubrimiento, y numerosos modos de desintegración que han sido confirmados por experimentos. ^[13] Deberían observarse fenómenos similares en los mesones y los bariones (pesados-pesados-extraños). ${\displaystyle (0^{-},1^{-})}$ ${\displaystyle (0^{+},1^{+})}$ ${\displaystyle ~\Delta M\approx 350{\text{ MeV,}}~}$ ${\displaystyle D_{s0^{+}}^{*}(2317)}$ ${\displaystyle D_{s1^{+}}^{*}(2460)}$ ${\displaystyle B_{s}}$ ${\displaystyle ccs,bcs,bbs}$

Hill es un colaborador de la teoría de interacciones topológicas y, con colaboradores, fue el primero en obtener el término Wess-Zumino-Witten completo para el modelo estándar que describe la física de la anomalía quiral en Lagrangianos, incluyendo pseudoescalares, mesones vectoriales de espín 1 y y . El término WZW requiere un contratérmino no trivial para mapear la anomalía "consistente" en la anomalía "covariante", como lo dictan las corrientes conservadas del modelo estándar. Con el término WZW completo, se revelaron nuevas interacciones anómalas como el vértice. Esto conduce a donde es un núcleo pesado y puede contribuir al exceso de fotones observado en experimentos de neutrinos de baja energía. ^[14] El resultado reproduce la violación de B + L por la anomalía en el modelo estándar y predice muchos otros procesos anómalos. Hill ha proporcionado una derivación de los coeficientes de anomalías quirales consistentes y covariantes (D par), y de los términos de Chern-Simons (D impar), sin recurrir a bucles fermiónicos, a partir de la construcción del monopolo de Dirac y su generalización ("Branas de Dirac") a dimensiones superiores. ^[15] ${\displaystyle W^{\pm }}$ ${\displaystyle Z^{0}}$ ${\displaystyle \gamma \omega Z^{0}}$ ${\displaystyle \nu +X\rightarrow \nu +\gamma +X}$ ${\displaystyle X}$

Hill es el creador de modelos cosmológicos de energía oscura y materia oscura basados ​​en pseudobosones Nambu-Goldstone de masa ultrabaja asociados con simetrías de masas de neutrinos. Propuso que la constante cosmológica está conectada con la masa del neutrino, como ^{[16] [17]} y desarrolló teorías modernas sobre el origen de nucleones y neutrinos de energía ultraalta a partir de reliquias de gran unificación. ^{[18] [19] [20] [21]} Ha demostrado que un campo de axiones cósmicos inducirá un momento dipolar eléctrico oscilante efectivo para cualquier imán. ^{[22] [23]} ${\displaystyle \Lambda \sim m_{\nu }^{4}}$

En una charla inédita en el Vancouver Workshop on Quantum Cosmology (mayo de 1990), Hill discutió los posibles papeles de los bosones de Nambu-Goldstone en la cosmología y sugirió que un pseudobosón de Nambu-Goldstone podría proporcionar un "inflatón natural", la partícula responsable de la inflación cósmica . Observó que esto requería una simetría global rota espontáneamente, como U(1), cerca de la escala de Planck, y una ruptura explícita de la simetría cerca de la Gran Escala de Unificación. La idea parecía ad hoc, sin embargo, trabajos posteriores sobre las teorías invariantes de Weyl ofrecieron una mejor justificación para un escenario de inflación natural conectado a la física de la escala de Planck. Hill colaboró ​​con Graham Ross y Pedro G. Ferreira y se centró en la simetría de escala rota espontáneamente (o simetría de Weyl ), donde la escala de la gravedad ( masa de Planck ) y la fase inflacionaria del universo ultratemprano se generan juntas como parte de un fenómeno unificado denominado "ruptura de la simetría inercial". La ruptura de la simetría de Weyl se produce porque la corriente de Noether es la derivada de un operador escalar, llamado "kernal". Durante un período de expansión preplanckiana, cualquier corriente conservada debe desplazarse hacia el rojo hasta cero, por lo que el kernal se acerca a un valor constante que determina la masa de Planck y la acción de Einstein-Hilbert de la relatividad general es emergente. La teoría concuerda bien con la observación cosmológica. ^{[24] [25] [26]}

Hill ha vuelto a la cuestión de los escalares compuestos en la teoría relativista de campos, desarrollando un nuevo enfoque analítico para los estados ligados de los fermiones quirales generalizando el modelo Nambu-Jona-Lasinio a interacciones no puntuales. ^{[27] [28]} Considera que el desafío más importante para el programa LHC del CERN es determinar si el bosón de Brout-Englert-Higgs es una partícula fundamental puntual o un estado ligado compuesto cerca de la escala de energía TeV. El primer caso puede evidenciar alguna versión aún por desarrollar de la supersimetría; el segundo caso implicaría una nueva dinámica.

Cargos académicos y distinciones

• Científico emérito distinguido del Fermilab ;
• Jefe del Departamento de Física Teórica del Fermilab (2005 - 2012);
• Científico visitante, CERN-TH, Ginebra, Suiza (1987-1988);
• Miembro de la Sociedad Americana de Física (elegido en 1989); ^[29]
• Profesor Arthur H. Compton, Universidad de Chicago, primavera (1979);
• Profesor visitante en la Universidad de Oxford (1980);
• Profesor de Física (adjunto), Universidad de Chicago (1996-2000);
• Becario Gambrinus, Universidad de Dortmund, (2005);
• Profesor van Winter, Universidad de Kentucky (2009);
• Profesor visitante, Institut de Física Corpuscular, Valencia, España (2019)
• Miembro honorario de la Universidad de Wisconsin, Madison (2024-presente).

Libros y artículos

Hill es autor de tres libros populares con el premio Nobel Leon Lederman sobre física y cosmología y la puesta en funcionamiento del Gran Colisionador de Hadrones .

• La simetría y el bello universo, Christopher T. Hill y Leon M. Lederman , Prometheus Books (2005)[1]
• Física cuántica para poetas, Christopher T. Hill y Leon M. Lederman , Prometheus Books (2010)[2]
• Más allá de la partícula de Dios, Christopher T. Hill y Leon M. Lederman , Prometheus Books (2013)[3]
• Perfil de Christopher T. Hill en Google Académico [4]

Referencias

1. " Murray Gell-Mann ", Física Hoy, (2020); https://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.4480 (2020)
2. "Los escalares de Higgs y las interacciones débiles no leptónicas" (1977)
3. Hill, Christopher T. (1 de agosto de 1981). "Masas de quarks y leptones a partir de puntos fijos del grupo de renormalización". Physical Review D . 24 (3): 691–703. Bibcode :1981PhRvD..24..691H. doi :10.1103/PhysRevD.24.691.
4. Bardeen, William A.; Hill, Christopher T.; Lindner, Manfred (1990). "Ruptura de simetría dinámica mínima del modelo estándar". Phys. Rev. D . 41 (5): 1647–1660. Bibcode :1990PhRvD..41.1647B. doi :10.1103/PhysRevD.41.1647. PMID  10012522.
5. Hill, Christopher T. (1995). "Topcolor Assisted Technicolor". Phys. Lett. B . 345 (4): 483–489. arXiv : hep-ph/9411426 . Código Bibliográfico :1995PhLB..345..483H. doi :10.1016/0370-2693(94)01660-5. S2CID  15093335.
6. Hill, Christopher T. (1991). "Topcolor: condensación del quark top en una extensión de calibración del modelo estándar". Physics Letters B . 266 (3–4): 419–424. Código Bibliográfico :1991PhLB..266..419H. doi :10.1016/0370-2693(91)91061-Y. S2CID  121635635.
7. Hill, Christopher T.; Pokorski, Stefan; Wang, Jing (2001). "Lagrangiano efectivo invariante de calibre para modos de Kaluza-Klein". Phys. Rev. D . 64 (10): 105005. arXiv : hep-th/0104035 . Código Bibliográfico :2001PhRvD..64j5005H. doi :10.1103/physrevd.64.105005. S2CID  7377062.
8. Hill, Christopher T. (4 de abril de 2014). "¿Está el bosón de Higgs asociado con la ruptura de la simetría dinámica de Coleman-Weinberg?". Physical Review D . 89 (7): 073003. arXiv : 1401.4185 . Bibcode :2014PhRvD..89g3003H. doi :10.1103/PhysRevD.89.073003. S2CID  119192830.
9. Hill, Christopher T.; Machado, Pedro; Thomsen, Anders; Turner, Jessica (2019). "¿Dónde están los próximos bosones de Higgs?". Physical Review . D100 (1): 015051. arXiv : 1904.04257 . Bibcode :2019PhRvD.100a5051H. doi :10.1103/PhysRevD.100.015051. S2CID  104291827.
10. Hill, Christopher T.; Machado, Pedro; Thomsen, Anders; Turner, Jessica (2019). "Democracia escalar". Physical Review . D100 (1): 015015. arXiv : 1902.07214 . Código Bibliográfico :2019PhRvD.100a5015H. doi :10.1103/PhysRevD.100.015015. S2CID  119193325.
11. Hill, Christopher T.; Simmons, Elizabeth H. (2003). "Dinámica fuerte y ruptura de simetría electrodébil". Phys. Rep . 381 (4–6): 235. arXiv : hep-ph/0203079 . Código Bibliográfico :2003PhR...381..235H. doi :10.1016/S0370-1573(03)00140-6. S2CID  118933166.
12. Bardeen, William A.; Hill, Christopher T. (1994). "Dinámica quiral y simetría de quarks pesados ​​en un modelo teórico de campo de juguete resoluble". Physical Review D . 49 (1): 409–425. arXiv : hep-ph/9304265 . Código Bibliográfico :1994PhRvD..49..409B. doi :10.1103/PhysRevD.49.409. PMID  10016779. S2CID  1763576.
13. Bardeen, William A.; Eichten, Estia; Hill, Christopher T. (2003). "Multipletes quirales de mesones pesados-ligeros". Physical Review D . 68 (5): 054024. arXiv : hep-ph/0305049 . Código Bibliográfico :2003PhRvD..68e4024B. doi :10.1103/PhysRevD.68.054024. S2CID  10472717.
14. Harvey, Jeffrey A.; Hill, Christopher T.; Hill, Richard (2007). "Medición del término Wess-Zumino-Witten mediante el modelo estándar: anomalías, corrientes globales e interacciones pseudo-Chern-Simons". Phys. Rev. D . 30 (8): 085017. arXiv : 0712.1230 . doi :10.1103/PhysRevD.77.085017.
15. CT Hill, "Branas y anomalías de Dirac/Términos de Chern-Simons en cualquier D", arXiv:0907.1101 [hep-th]. Para los bucles de fermiones, véase: "Notas de clase para diagramas de triángulos de espinores masivos y sin masa", arXiv:hep-th/0601155 [hep-th].
16. Frieman, Joshua A.; Hill, Christopher T.; Stebbins, Albert; Waga, Ioav (1995). "Cosmología con pseudobosones ultraligeros de Nambu-Goldstone". Phys. Rev. Lett . 75 (11): 2077–2080. arXiv : astro-ph/9505060 . Código Bibliográfico :1995PhRvL..75.2077F. doi :10.1103/PhysRevLett.75.2077. PMID  10059208. S2CID  11755173.
17. Hill, Christopher T.; Schramm, David N.; Fry, James N. (1989). "Formación de estructuras cosmológicas a partir de defectos topológicos blandos" (PDF) . Comentarios sobre Nucl. Part. Phys . Vol. 19. págs. 25–39.
18. Hill, Christopher T.; Schramm, David N. (1 de febrero de 1985). "Espectro de rayos cósmicos de energía ultraalta". Physical Review D . 31 (3): 564–580. Bibcode :1985PhRvD..31..564H. doi :10.1103/PhysRevD.31.564. PMID  9955721.
19. Hill, Christopher T.; Schramm, David N.; Walker, Terry P. (1987). "Rayos cósmicos de energía ultraalta a partir de cuerdas cósmicas superconductoras". Phys. Rev. D . 36 (4): 1007–1016. Bibcode :1987PhRvD..36.1007H. doi :10.1103/physrevd.36.1007. PMID  9958264.
20. Bhattacharjee, Pijushpani; Hill, Christopher T.; Schramm, David N. (1992). ""Grandes teorías unificadas", defectos topológicos y rayos cósmicos de energía ultraalta". Phys. Rev. Lett . 69 (4): 567–570. Bibcode :1992PhRvL..69..567B. doi :10.1103/PhysRevLett.69.567. hdl : 2060/19920009031 . PMID  10046974. S2CID  20633612.
21. Hill, Christopher T. (1983). "Monopolonium". Física nuclear B . 224 (3): 469–490. Código Bibliográfico :1983NuPhB.224..469H. doi :10.1016/0550-3213(83)90386-3. OSTI  1155484.
22. Hill, Christopher T. (2015). "Momentos dipolares eléctricos oscilantes inducidos por axiones". Physical Review D . 224 (3): 111702. arXiv : 1504.01295 . Código Bibliográfico :2015PhRvD..91k1702H. doi :10.1103/PhysRevD.91.111702. OSTI  1212736. S2CID  96444192.
23. Hill, Christopher T. (2016). "Momento dipolar eléctrico oscilante inducido por axiones del electrón". Physical Review D . 224 (3): 025007. arXiv : 1508.04083 . Código Bibliográfico :2016PhRvD..93b5007H. doi :10.1103/PhysRevD.93.025007. OSTI  1223242. S2CID  119221466.
24. Ferreira, Pedro G.; Hill, Christopher T.; Ross, Graham G. (8 de febrero de 2017). "Corriente de Weyl, inflación invariante de escala y generación de escala de Planck". Physical Review D . 95 (4): 043507. arXiv : 1610.09243 . Código Bibliográfico :2017PhRvD..95d3507F. doi :10.1103/PhysRevD.95.043507. S2CID  119269154.
25. Ferreira, Pedro G.; Hill, Christopher T.; Ross, Graham G. (2018). "Ruptura espontánea de simetría inercial e invariancia de escala cuántica". Physical Review D . 98 (11): 116012. arXiv : 1801.07676 . Código Bibliográfico :2018PhRvD..98k6012F. doi :10.1103/PhysRevD.98.116012. S2CID  119267087.
26. Hill, Christopher T.; Ross, Graham G. (2020). "Términos de contacto gravitacional y equivalencia física de las transformaciones de Weyl en la teoría de campos efectivos". Physical Review D. 102 : 125014. arXiv : 2009.14782 . doi :10.1103/PhysRevD.102.125014. S2CID  222067042.
27. Hill, Christopher T. (2024). "Teoría de campos bilocales para bosones escalares compuestos". Entropía . 26 (2): 146. arXiv : 2310.14750 . doi : 10.3390/e26020146 .
28. Hill, Christopher T. (2024), "Nambu y la composición" , arXiv : 2401.08716
29. "Archivo de becarios de APS". Sociedad Estadounidense de Física .(buscar por año=1989 e institución=Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi)

Enlaces externos

• Departamento de Física Teórica del Fermilab