Erick J. Weinberg (nacido el 29 de agosto de 1947) es un físico teórico y profesor de física en la Universidad de Columbia .
Weinberg recibió su título universitario en el Manhattan College en 1968. Obtuvo su doctorado en la Universidad de Harvard en 1973 [2] bajo la supervisión de Sidney Coleman , con quien descubrió el mecanismo Coleman-Weinberg para la ruptura espontánea de la simetría en la teoría cuántica de campos . Weinberg trabaja en varias ramas de la teoría de alta energía, incluidos los agujeros negros , los vórtices , la teoría de Chern-Simons , los monopolos magnéticos en las teorías de calibre y la inflación cósmica . También se desempeña como editor de Physical Review D , así como académico visitante del Instituto Coreano de Estudios Avanzados (KIAS). [3]
Después de recibir su doctorado, Weinberg fue al Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, Nueva Jersey, como investigador postdoctoral. En 1975, se convirtió en profesor asistente de física en la Universidad de Columbia. Fue ascendido a profesor titular en 1987. De 2002 a 2006, Weinberg se desempeñó como presidente del departamento de física de la Universidad de Columbia. Weinberg todavía está investigando activamente los monopolos BPS y la desintegración del vacío .
Weinberg ha trabajado en varias ramas de la física teórica de altas energías, incluida la teoría de la ruptura espontánea de la simetría , la inflación , la teoría de los solitones supersimétricos y la teoría de la desintegración del vacío a través de la nucleación de burbujas cuánticas/térmicas.
La ruptura espontánea de simetría ocurre en una teoría cuando el estado con la energía más baja no tiene tantas simetrías como la teoría misma, por lo tanto, se ven vacíos degenerados conectados por el cociente entre la simetría de la teoría y la simetría del estado, y el espectro de partículas se clasifica por el grupo de simetría del estado de energía más baja (vacío). En el caso de que el cociente pueda parametrizarse por el parámetro o parámetros continuos, las fluctuaciones locales de estos parámetros pueden considerarse como excitaciones bosónicas (si la simetría es bosónica), generalmente llamadas bosón de Goldstone , lo que tiene profundas implicaciones. Cuando se acoplan a campos de calibración, estos bosones se mezclan en las polarizaciones longitudinales de los campos de calibración y dan masas a los campos, así es como funciona el mecanismo de Higgs .
Generalmente, la forma de lograr la ruptura espontánea de la simetría es introducir un campo escalar que tenga un parámetro de masa taquiónico; clásicamente, entonces el vacío clásico es la solución que permanece en la parte inferior del potencial, con la contribución cuántica principal del principio de incertidumbre, el vacío puede verse como un paquete de ondas gaussianas alrededor del punto más bajo del potencial.
La posibilidad que señalan Coleman y E. Weinberg es que, incluso en el nivel clásico, si se ajusta la masa del campo escalar a cero, la corrección cuántica es capaz de modificar el potencial efectivo, convirtiendo el punto que goza de toda la simetría de la teoría de un mínimo local a un máximo, y generar nuevos mínimos (vacío) en configuraciones con menor simetría. Por lo tanto, la ruptura espontánea de la simetría puede tener un origen cuántico puro.
Otro punto importante sobre el mecanismo es que el potencial permanece plano con la corrección cuántica, si introducimos un contratérmino apropiado para cancelar la renormalización de masa, con la transición mínima/máxima inducida por un término tipo logaritmo,
Por lo tanto, proporciona un escenario natural para la idea de la inflación lenta introducida por Linde, Albrecht y Steinhardt, que todavía juega el papel dominante entre las teorías del universo temprano.
En el artículo original de Coleman-Weinberg, así como en la tesis de Erick Weinberg, Coleman y Weinberg discutieron la renormalización de los acoplamientos en varias teorías e introdujeron el concepto de "transmutación dimensional": el funcionamiento de las constantes de acoplamiento produce algún acoplamiento determinado por una escala de energía arbitraria, por lo tanto, aunque clásicamente uno comienza con una teoría en la que hay varias constantes adimensionales arbitrarias, uno termina con una teoría con un parámetro dimensional arbitrario.
En un artículo con Alan Guth , [4] Erick Weinberg discutió la posibilidad de terminar la inflación con la termalización de burbujas de vacío en una transición de fase cosmológica .
La propuesta original de la inflación es que la fase de crecimiento exponencial termina con la nucleación de burbujas de Coleman-de Luccia con una energía de vacío baja, estas burbujas colisionan y se termalizan, dejando un universo homogéneo con alta temperatura. Sin embargo, como el crecimiento exponencial del universo cercano a De Sitter diluye las burbujas nucleadas, no es obvio que las burbujas realmente se fusionen, de hecho Guth y Weinberg demostraron las siguientes afirmaciones:
La segunda afirmación sugiere que en una coordenada fija cualquier burbuja elegida sería la más grande de su propio grupo, pero esta es una afirmación que depende de las coordenadas: después de elegir la burbuja, uno siempre puede encontrar otra coordenada en la que haya burbujas más grandes en el mismo grupo.
Según estas afirmaciones, si la tasa de nucleación de las burbujas es pequeña, terminaremos con burbujas que forman cúmulos y no chocarán entre sí, y el calor liberado por la desintegración del vacío se almacenará en las paredes del dominio, muy diferente de lo que comienza el Big Bang caliente.
Este problema, llamado "problema de salida elegante", fue discutido independientemente más tarde por Hawking, Moss y Stewart, [5] y luego resuelto mediante la propuesta de nueva inflación de Linde, [6] Abrecht y Steinhardt, [7] que hace uso del mecanismo de Coleman-Weinberg para generar el potencial de inflación que satisface las condiciones de rotación lenta.
La existencia de monopolos magnéticos ha sido durante mucho tiempo una posibilidad interesante y profunda. Estos solitones podrían explicar potencialmente la cuantificación de la carga eléctrica, como señaló Dirac; pueden surgir como soluciones clásicas en las teorías de gauge, como señalaron Polyakov y 't Hooft; y la incapacidad para detectarlos es una de las motivaciones para proponer un período de inflación antes de la fase caliente del Big Bang.
La dinámica de las soluciones monopolares magnéticas es especialmente simple cuando la teoría está en el límite BPS, cuando se puede extender para incluir sectores fermiónicos para formar una teoría supersimétrica. En estos casos, las soluciones multimonopolares se pueden obtener explícitamente, los monopolos en un sistema son básicamente libres porque la interacción mediada por el campo de Higgs se cancela por la interacción de norma. En el caso de un grupo de norma dividido al máximo en , la solución multimonopolar se puede ver como partículas que interactúan débilmente, cada una con un factor de fase, por lo tanto, al considerar los procesos de baja energía, el número total de grados de libertad para n monopolos es 4n, en el espacio-tiempo de 4 dimensiones: 3 para la posición espacial y uno para el factor de fase. La dinámica se puede reducir al movimiento dentro de un espacio de 4n dimensiones con una métrica no trivial a partir de las interacciones entre los monopolos, llamada "aproximación del espacio de módulos".
Erick Weinberg, junto con Kimyeong Lee y Piljin Yi, realizó un cálculo para la métrica del espacio de módulos en el caso de monopolos bien separados, con un grupo de calibración compacto arbitrario de gran tamaño dividido al máximo en productos de U(1), y argumentó que en algunos casos determinados la métrica puede ser exacta, válida para sistemas monopolares abarrotados. Este cálculo se conoce como "métrica de Lee-Weinberg-Yi".
