Frank Anthony Wilczek ( / ˈ v ɪ l tʃ ɛ k / [2] o / ˈ w ɪ l tʃ ɛ k / ; [3] nacido el 15 de mayo de 1951) es un físico teórico , matemático y premio Nobel estadounidense . Es profesor Herman Feshbach de Física en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), director fundador del Instituto TD Lee y científico jefe del Centro Cuántico Wilczek de la Universidad Jiao Tong de Shanghai (SJTU), profesor distinguido de la Universidad Estatal de Arizona (ASU). y profesor titular en la Universidad de Estocolmo . [4]
Wilczek, junto con David Gross y H. David Politzer , recibió el Premio Nobel de Física en 2004 "por el descubrimiento de la libertad asintótica en la teoría de la interacción fuerte ". [5] En mayo de 2022, recibió el Premio Templeton por sus investigaciones sobre las leyes fundamentales de la naturaleza, que han transformado nuestra comprensión de las fuerzas que gobiernan nuestro universo y han revelado una visión inspiradora de un mundo que encarna la belleza matemática. [6]
Nacido en Mineola , Nueva York , Wilczek es de origen polaco e italiano. [1] Sus abuelos eran inmigrantes que "realmente trabajaban con las manos", según Wilczek, pero su padre tomó clases nocturnas para educarse y trabajó como reparador para mantener a su familia. [7] El padre de Wilczek se convirtió en un "ingeniero autodidacta", cuyos intereses por la tecnología y la ciencia inspiraron a su hijo. [8]
Wilczek fue educado en las escuelas públicas de Queens , asistiendo a la escuela secundaria Martin Van Buren . Fue en esa época que los padres de Wilczek se dieron cuenta de que él era excepcional, en parte porque a su hijo le habían realizado una prueba de coeficiente intelectual . [9]
Después de saltarse dos grados, Wilczek comenzó la escuela secundaria en el décimo grado, cuando tenía 13 años. Se sintió particularmente inspirado por dos de sus profesores de física de la escuela secundaria, uno de los cuales impartió un curso que ayudó a los estudiantes con la búsqueda nacional de talentos científicos de Westinghouse . Wilczek fue finalista en 1967 y finalmente obtuvo el cuarto lugar, basado en un proyecto matemático sobre teoría de grupos . [10] [11]
Recibió su Licenciatura en Matemáticas y fue miembro de Phi Beta Kappa [12] en la Universidad de Chicago en 1970. Durante su último año como estudiante de matemáticas en Chicago, asistió a un curso impartido por Peter Freund sobre teoría de grupos en física. que Wilczek describió más tarde como "básicamente física de partículas ", y muy influyente: [7]
Sin embargo, Peter Freund jugó un papel importante en mi vida porque impartió este curso sobre teoría de grupos o simetría en física que (estaba muy entusiasmado y realmente efusivo) y es un material hermoso. Todavía hoy creo que la teoría cuántica del momento angular es uno de los pináculos absolutos de los logros humanos. Simplemente hermoso.
Wilczek fue a Princeton como estudiante de posgrado en matemáticas. Después de un año y medio, pasó de las matemáticas a la física, con David Gross como director de tesis. [7]
Obtuvo una Maestría en Matemáticas en 1972 y un Ph.D. en física en 1974, ambos de la Universidad de Princeton . [13]
Wilczek conoció a Betsy Devine en Princeton, cuando ambos veían las partidas de ajedrez televisadas de Fisher-Spassky de 1972 . [14] Se casaron en 1973 y juntos tienen dos hijas. [1] Su físico favorito es James Clerk Maxwell . [15]
Wilczek fue criado como católico pero luego "perdió la fe en la religión convencional" [1] aunque le dijo a Scientific American que la religión "había significado mucho para mí cuando era adolescente". [16] Ha sido descrito como un agnóstico [17] pero tuiteó en 2013 que " panteísta " está "más cerca de la realidad". [18]
Wilczek dijo que "el mundo encarna hermosas ideas" pero "aunque esto puede inspirar una interpretación espiritual, no la requiere". [19] [20]
Wilczek es miembro del Consejo Asesor Científico para el Future of Life Institute , una organización que trabaja para mitigar los riesgos existenciales que enfrenta la humanidad, particularmente el riesgo existencial de la inteligencia artificial avanzada . [21]
En 2014, Wilczek escribió una carta, junto con Stephen Hawking y otros dos académicos, advirtiendo que "el éxito en la creación de IA sería el mayor acontecimiento en la historia de la humanidad. Desafortunadamente, también podría ser el último, a menos que aprendamos a evitar los riesgos". ". [22]
Wilczek también apoya la Campaña para el establecimiento de una Asamblea Parlamentaria de las Naciones Unidas , una organización que aboga por una reforma democrática en las Naciones Unidas y la creación de un sistema político internacional más responsable. [23]
Wilczek forma parte de la junta directiva de la Sociedad para la Ciencia y el Público . Es miembro cofundador de la Fundación Kosciuszko del Colegio de Científicos Eminentes de Origen y Ascendencia Polaca. [24]
Wilczek apareció en un episodio de Penn & Teller: Bullshit! , donde Penn se refirió a él como "la persona más inteligente que jamás hayan tenido en el programa".
En 1982, recibió una beca MacArthur . [25]
Wilczek fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias en 1990, miembro de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias en 1993, [26] [27] y de la Sociedad Filosófica Estadounidense en 2005. [28]
Wilczek se convirtió en miembro extranjero de la Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos en 2000. [29] Fue galardonado con la Medalla Lorentz en 2002. Wilczek ganó el Premio Lilienfeld de la Sociedad Estadounidense de Física en 2003. Ese mismo año, recibió el premio Medalla Conmemorativa de la Facultad de Matemáticas y Física de la Universidad Carolina de Praga. Fue co-receptor del Premio de Física de Partículas y Altas Energías de 2003 de la Sociedad Europea de Física . El Premio Nobel de Física 2004 fue concedido conjuntamente a David J. Gross , H. David Politzer y Frank Wilczek "por el descubrimiento de la libertad asintótica en la teoría de la interacción fuerte". Wilczek también recibió el Premio Internacional de Ciencia Rey Faisal 2005 . Ese mismo año recibió el Premio Placa de Oro de la American Academy of Achievement . [30] El 25 de enero de 2013, Wilczek recibió un doctorado honorario de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la Universidad de Uppsala , Suecia. [31] También formó parte del jurado de Ciencias Físicas para el Premio Infosys de 2009 a 2011. En 2011, Wilczek pronunció la Conferencia en memoria de George Gamow en la Universidad de Colorado Boulder . [32] En 2022 recibió el Premio Templeton [33] por el trabajo que revela "una visión de un universo que él considera que encarna la belleza matemática en las escalas de lo magníficamente grande e inimaginablemente pequeño". [34]
Wilczek ocupa la Cátedra Herman Feshbach de Física en el Centro de Física Teórica del MIT . También ha trabajado en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton y el Instituto de Física Teórica de la Universidad de California, Santa Bárbara y también fue profesor visitante en NORDITA .
El Premio Nobel de 2004 de Wilczek fue por la libertad asintótica, pero ha ayudado a revelar y desarrollar axiones , anyones , la libertad asintótica , las fases superconductoras de color de la materia de los quarks y otros aspectos de la teoría cuántica de campos . Ha trabajado en física de la materia condensada , astrofísica y física de partículas .
En 1973, mientras era estudiante de posgrado y trabajaba con David Gross en la Universidad de Princeton , Wilczek (junto con Gross) descubrió la libertad asintótica , que sostiene que cuanto más cerca están los quarks entre sí, menor es la interacción fuerte (o carga de color ) entre ellos; cuando los quarks están en extrema proximidad, la fuerza nuclear entre ellos es tan débil que se comportan casi como partículas libres. La teoría, descubierta de forma independiente por H. David Politzer , fue importante para el desarrollo de la cromodinámica cuántica . Según la Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos al conceder a Wilczek su Medalla Lorentz en 2002, [35]
Esta [libertad asintótica] es un fenómeno por el cual los componentes básicos que forman el núcleo de un átomo –los 'quarks'– se comportan como partículas libres cuando están muy juntos, pero se atraen más entre sí a medida que aumenta la distancia entre ellos. Esta teoría constituye la clave para la interpretación de casi todos los estudios experimentales relacionados con los aceleradores de partículas modernos.
El axión es una partícula elemental hipotética . Si los axiones existen y tienen una masa baja dentro de un rango específico, son de interés como posible componente de la materia oscura fría .
En 1977, Roberto Peccei y Helen Quinn postularon una solución al problema de CP fuerte, el mecanismo Peccei-Quinn . Esto se logra añadiendo una nueva simetría global (llamada simetría de Peccei-Quinn ). Cuando esa simetría se rompe espontáneamente, resulta una nueva partícula, como lo muestran de forma independiente Wilczek y Steven Weinberg . [36] [37] Wilczek nombró a esta nueva partícula hipotética "axion" en honor a una marca de detergente para ropa, [38] mientras que Weinberg la llamó "Higglet". Más tarde, Weinberg aceptó adoptar el nombre de Wilczek para la partícula. [39]
Aunque la mayoría de las búsquedas experimentales de candidatos a materia oscura se han centrado en los WIMP , también ha habido muchos intentos de detectar axiones. [40] En junio de 2020, un equipo internacional de físicos que trabajaban en Italia detectó una señal que podrían ser axiones. [41] [42]
En física , un anyon es un tipo de cuasipartícula que ocurre sólo en sistemas bidimensionales , con propiedades mucho menos restringidas que los fermiones y bosones . En particular, los cualquiera pueden tener propiedades intermedias entre fermiones y bosones, incluida la carga eléctrica fraccionada. Este comportamiento de todo vale inspiró a Wilczek en 1982 a llamarlos "anyons". [43]
En 1977, un grupo de físicos teóricos que trabajaban en la Universidad de Oslo , liderados por Jon Leinaas y Jan Myrheim , calcularon que la división tradicional entre fermiones y bosones no se aplicaría a las partículas teóricas existentes en dos dimensiones . [44] Cuando Daniel Tsui y Horst Störmer descubrieron el efecto Hall cuántico fraccionario en 1982, Bertrand Halperin (1984) amplió las matemáticas que Wilczek propuso en 1982 para la estadística fraccionaria en dos dimensiones para ayudar a explicarlo. [45]
Frank Wilczek, Dan Arovas y Robert Schrieffer analizaron el efecto Hall cuántico fraccionario en 1984, demostrando que se necesitaba a cualquiera para describirlo. [46] [47]
En 2020, experimentadores de la Escuela Normal Superior y del Centro de Nanociencias y Nanotecnologías (C2N) informaron en Science que habían realizado una detección directa de cualquiera. [46] [48]
En 2012 propuso la idea de un cristal del tiempo . [49] En 2018, varios equipos de investigación informaron de la existencia de cristales de tiempo. [50] En 2018, él y Qing-Dong Jiang calcularon que la llamada "atmósfera cuántica" de los materiales debería, en teoría, poder ser sondeada utilizando tecnología existente, como sondas de diamante con centros de vacantes de nitrógeno . [51] [52]
En algún lugar entre la clase trabajadora y la clase media baja. Sí, clase media baja, supongo que diría. A diferencia de mis abuelos, que realmente trabajaban con las manos, mi padre, como dije, era una especie de técnico y reparador. De hecho, se volvió muy bueno en el trabajo y fue ascendiendo de rango.
La historia de Frank Wilczek comienza en Queens, Nueva York, donde creció en una familia de clase trabajadora con raíces en Europa. Eran hijos de la Gran Depresión de Long Island y tenían acceso limitado a los recursos, pero eso no les impidió trabajar para educarse. El padre de Frank era un ingeniero autodidacta y le transmitió a su hijo su interés por la tecnología y la ciencia.
En su último año de secundaria, Wilczek fue finalista en la Búsqueda de Talento Científico nacional. Dice que su premisa sobre las estructuras matemáticas llamadas grupos fue la mejor parte de su proyecto, ya que plantea "una pregunta sensata para que alguien la formule en esa etapa".
'Me di cuenta de que cualquier movimiento que Frank dijera, los jugadores hacían lo que él decía. Harían los movimientos que él predijo. Esto sucedió incluso cuando lo que él gritó era diferente de lo que otros gritaron”, recordó Devine.
El uso de la palabra "Dios" en la cultura común es muy vago. La gente puede querer decir cosas completamente diferentes con esto. Para mí, el hilo conductor es pensar en grande: pensar en cómo funciona el mundo, qué es, cómo surgió y qué significa todo eso para lo que debemos hacer. Elegí estudiar esto en parte para llenar el vacío que quedó cuando me di cuenta de que ya no podía aceptar los dogmas de la Iglesia Católica que habían significado mucho para mí cuando era adolescente.
Un equipo de físicos ha realizado lo que podría ser la primera detección de un axión. Los axiones son partículas ultraligeras hipotéticas no confirmadas que van más allá del modelo estándar de física de partículas, que describe el comportamiento de las partículas subatómicas. Los físicos teóricos propusieron por primera vez la existencia de axiones en la década de 1970 para resolver problemas matemáticos que rigen la fuerza fuerte, que une partículas llamadas quarks. Pero desde entonces los axiones se han convertido en una explicación popular para la materia oscura, la misteriosa sustancia que constituye el 85% de la masa del universo, pero que no emite luz.
Luego, en 1977, Helen Quinn y el fallecido Roberto Peccei, ambos entonces en la Universidad de Stanford, propusieron una solución: tal vez exista un campo hasta ahora desconocido que impregna todo el espacio y suprime las asimetrías del neutrón. Más tarde, los físicos teóricos Frank Wilczek y Steven Weinberg dedujeron que si se modificaba el modelo estándar para permitir tal campo, implicaría la existencia de una nueva partícula, denominada axión. (A Wilczek se le ocurrió la idea del nombre de una marca de detergente para ropa).
En 1982, el físico Frank Wilczek dio a estas partículas intersticiales el nombre de anyon... "Cualquier anyon puede ser cualquier cosa entre un bosón y un fermión", dice Keilmann. "Wilczek es un tipo divertido."
A principios de la década de 1980 llamé a las nuevas partículas hipotéticas "anyons", con la idea de que todo vale, pero no perdí mucho sueño anticipando su descubrimiento. Sin embargo, muy poco después, Bert Halperin, de la Universidad de Harvard, encontró útil el concepto de anyons para comprender ciertos aspectos del efecto Hall cuántico fraccionario, que describe las modificaciones que tienen lugar en la electrónica a bajas temperaturas en fuertes campos magnéticos.
La aparición de la estadística fraccionaria en el contexto actual recuerda mucho a la estadística fraccionaria introducida por Wilczek para describir partículas cargadas unidas a "tubos de flujo magnético" en dos dimensiones.
A principios de la década de 1980, los físicos utilizaron por primera vez estas condiciones para observar el "efecto Hall cuántico fraccionario", en el que los electrones se juntan para crear las llamadas cuasipartículas que tienen una fracción de la carga de un solo electrón. (Si parece extraño llamar partícula al comportamiento colectivo de los electrones, pensemos en el protón, que a su vez está formado por tres quarks). En 1984, un artículo fundamental de dos páginas de Wilczek, Daniel Arovas y John Robert Schrieffer demostró que estas cuasipartículas tenían que ser cualquiera.
La existencia de anyones (que reciben su nombre del hecho de que su comportamiento no es ni el de un fermión ni el de un bosón) fue predicho a principios de los años 1980 por el físico teórico Frank Wilczek. Poco después, otro físico, Bert Halperin, descubrió que cualquiera podía explicar ciertos aspectos del efecto Hall cuántico fraccionario, que describe los cambios que se producen en la electrónica a bajas temperaturas en fuertes campos magnéticos. Luego, en 1984, Dan Arovas, Bob Schrieffer y Wilczek demostraron que una teoría exitosa del efecto Hall cuántico fraccionario requiere partículas que no sean ni bosones ni fermiones.
"Descubrimos experimentalmente que los cristales de tiempo discreto no sólo existen, sino que esta fase también es notablemente robusta". Mijaíl Lukin, Universidad de Harvard
