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 trabajos de pregrado en física en el MIT (BS, MS, 1972) y trabajos de posgrado en Caltech (Ph.D., 1977). , Murray Gell-Mann ^[1] ). Doctorado de Hill. La tesis, "Higgs Scalars and the Nonleptonic Weak Interactions" (1977) contiene una de las primeras discusiones detalladas sobre el modelo de dos dobletes de Higgs y su impacto sobre las interacciones débiles. ^[2] Su trabajo se centra principalmente en nueva física que puede probarse en experimentos de laboratorio o cosmología.

Hill es uno de los creadores, junto con William A. Bardeen y Manfred Lindner , de la idea de que el bosón de Higgs está compuesto de quarks top y anti-top. Esto surge del concepto de punto fijo infrarrojo del quark top , ^[3] que predijo (1981) que el quark top sería muy pesado, contrariamente a las ideas más populares de la época. La predicción del punto fijo se encuentra dentro del 20% de la masa del quark superior 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 condujo a condensados ​​de quarks top , ^[4] topcolor , ^{[5] [6]} y a la deconstrucción dimensional , una descripción reticular renormalizable de extra dimensiones 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 tanto con las masas del bosón de Higgs como con las del quark top. El LHC puede tener acceso a varios nuevos bosones pesados ​​de Higgs, como un quark b en estado escalar . ^{[8] [9] [10]}

Hill es 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 pesados ​​y ligeros contienen un quark pesado y un antiquark ligero, y proporcionan una ventana a la dinámica de simetría quiral de un solo 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 de los quarks ligeros . ^[12] Esto predijo correctamente una resonancia anormalmente duradera, (y ahora confirmada ), diez años antes de su descubrimiento, y numerosos modos de desintegración que han sido confirmados experimentalmente. ^[13] Fenómenos similares deberían verse en los mesones y (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 contribuye a la teoría de las interacciones topológicas y, con sus colaboradores, fue el primero en obtener el término completo de Wess-Zumino-Witten para el modelo estándar que describe la física de la anomalía quiral en los lagrangianos, incluidos los pseudoescalares y los mesones vectoriales de espín-1. , y el y . El término WZW requiere un contratérmino no trivial para mapear la anomalía "consistente" en la anomalía "covariante", según lo dictan las corrientes conservadas del modelo estándar. Con el término WZW completo, se revelaron nuevas interacciones anómalas, como el vértice. Esto conduce a un núcleo pesado y puede contribuir al exceso de fotones observado en experimentos con 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 dado una derivación de los coeficientes de anomalías quirales consistentes y covariantes (D par), y términos de Chern-Simons (D impar), sin recurrir a bucles de fermiones, a partir de la construcción del monopolo de Dirac y su generalización ("Dirac Branes") 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 de Nambu-Goldstone de masa ultrabaja asociados con simetrías de masas de neutrinos. Propuso que la constante cosmológica está relacionada con la masa del neutrino, como ^{[16] [17]} y desarrolló teorías modernas sobre el origen de los nucleones y neutrinos de energía ultraalta a partir de reliquias de la gran unificación. ^{[18] [19] [20] [21]} Ha demostrado que un campo de axiones cósmico inducirá un momento dipolar eléctrico oscilante efectivo para cualquier imán. ^{[22] [23]} ${\displaystyle \Lambda \sim m_{\nu }^{4}}$

En una charla inédita en el Taller de Cosmología Cuántica de Vancouver (mayo de 1990), Hill discutió las posibles funciones de los bosones de Nambu-Goldstone en cosmología y sugirió que un pseudo-bosón de Nambu-Goldstone podría proporcionar un "inflatón natural", la partícula responsable de inflación cósmica . Esto requiere una simetría global rota espontáneamente, como U(1), cerca de la escala de Planck, y una simetría explícita rota cerca de la Gran Escala de Unificación. Sin embargo, el trabajo posterior sobre las teorías invariantes de Weyl ofreció una mejor justificación para un escenario de inflación natural: Hill colaboró ​​con Graham Ross y Pedro G. Ferreira y se centró en la simetría de escala espontáneamente rota (o simetría de Weyl ), donde la escala de gravedad ( masa de Planck ) y la fase inflacionaria del universo ultratemprano se generan juntas como parte de un fenómeno unificado denominado "ruptura de 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 pre-Planckiana, cualquier corriente conservada debe desplazarse al rojo hasta cero, por lo que el núcleo se acerca a un valor constante que determina la masa de Planck y surge la acción de Einstein-Hilbert de la Relatividad General. 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 enfoque analítico novedoso para los estados ligados de fermiones quirales generalizando el modelo de 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 de supersimetría aún por desarrollar; este último caso implicaría una nueva dinámica.

Posiciones Académicas y Honores

• 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 Estadounidense de Física (elegido en 1989); ^[29]
• Arthur H. Compton Profesor, Universidad de Chicago, primavera (1979);
• Académico visitante, Universidad de Oxford (1980);
• Profesor de Física (adjunto), Universidad de Chicago (1996–2000);
• Becario Gambrinus, Universidad de Dortmund (2005);
• van Winter Profesor, 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 servicio del Gran Colisionador de Hadrones .

• La simetría y el hermoso 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 divina, Christopher T. Hill y Leon M. Lederman , Prometheus Books (2013)[3]
• Perfil de Google Scholar de Christopher T. Hill [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 de puntos fijos del grupo de renormalización". Revisión física D. 24 (3): 691–703. Código bibliográfico : 1981PhRvD..24..691H. doi : 10.1103/PhysRevD.24.691.
4. Bardeen, William A.; Colina, Christopher T.; Lindner, Manfred (1990). "Mínima ruptura de simetría dinámica del modelo estándar". Física. Rev. D. 41 (5): 1647–1660. Código bibliográfico : 1990PhRvD..41.1647B. doi : 10.1103/PhysRevD.41.1647. PMID  10012522.
5. Colina, Christopher T. (1995). "Tecnicolor asistido por Topcolor". Física. Letón. B . 345 (4): 483–489. arXiv : hep-ph/9411426 . Código Bib : 1995PhLB..345..483H. doi :10.1016/0370-2693(94)01660-5. S2CID  15093335.
6. Colina, Christopher T. (1991). "Topcolor: condensación de quark top en una extensión de calibre del modelo estándar". Letras de Física B. 266 (3–4): 419–424. Código bibliográfico : 1991PhLB..266..419H. doi :10.1016/0370-2693(91)91061-Y. S2CID  121635635.
7. Colina, Christopher T.; Pokorski, Stefan; Wang, Jing (2001). "Lagrangiano efectivo invariante de calibre para modos Kaluza-Klein". Física. Rev. D. 64 (10): 105005. arXiv : hep-th/0104035 . Código Bib : 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?". Revisión física D. 89 (7): 073003. arXiv : 1401.4185 . Código Bib : 2014PhRvD..89g3003H. doi : 10.1103/PhysRevD.89.073003. S2CID  119192830.
9. Colina, Christopher T.; Machado, Pedro; Thomsen, Anders; Turner, Jessica (2019). "¿Dónde están los próximos bosones de Higgs?". Revisión física . D100 (1): 015051. arXiv : 1904.04257 . Código Bib : 2019PhRvD.100a5051H. doi : 10.1103/PhysRevD.100.015051. S2CID  104291827.
10. Colina, Christopher T.; Machado, Pedro; Thomsen, Anders; Turner, Jessica (2019). "Democracia escalar". Revisión física . D100 (1): 015015. arXiv : 1902.07214 . Código Bib : 2019PhRvD.100a5015H. doi : 10.1103/PhysRevD.100.015015. S2CID  119193325.
11. Colina, Christopher T.; Simmons, Elizabeth H. (2003). "Dinámica fuerte y ruptura de simetría electrodébil". Física. Representante . 381 (4–6): 235. arXiv : hep-ph/0203079 . Código Bib : 2003PhR...381..235H. doi :10.1016/S0370-1573(03)00140-6. S2CID  118933166.
12. Bardeen, William A.; Colina, Christopher T. (1994). "Dinámica quiral y simetría de quarks pesados ​​en un modelo teórico de campo de juguete con solución". Revisión física 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; Colina, Christopher T. (2003). "Múltiplos quirales de mesones pesados-ligeros". Revisión física D. 68 (5): 054024. arXiv : hep-ph/0305049 . Código bibliográfico : 2003PhRvD..68e4024B. doi : 10.1103/PhysRevD.68.054024. S2CID  10472717.
14. Harvey, Jeffrey A.; Colina, Christopher T.; Colina, Richard (2007). "Medición del modelo estándar del término Wess-Zumino-Witten: anomalías, corrientes globales e interacciones pseudo-Chern-Simons". Física. Rev. D. 30 (8): 085017. arXiv : 0712.1230 . doi : 10.1103/PhysRevD.77.085017.
15. CT Hill, "Dirac Branes y términos de anomalías/Chern-Simons en cualquier D", arXiv:0907.1101 [hep-th]. Para bucles de fermiones, consulte: "Notas de conferencias sobre diagramas de espinores sin masa y de triángulos de espinores masivos", arXiv:hep-th/0601155 [hep-th].
16. Frieman, Josué A.; Colina, Christopher T.; Stebbins, Albert; Waga, Ioav (1995). "Cosmología con pseudobosones ultraligeros de Nambu-Goldstone". Física. 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. Colina, Christopher T.; Schramm, David N.; Freír, James N. (1989). "Formación de estructuras cosmológicas a partir de defectos topológicos blandos" (PDF) . Comentarios sobre Nucl. Parte. Física . vol. 19. págs. 25–39.
18. Colina, Christopher T.; Schramm, David N. (1 de febrero de 1985). "Espectro de rayos cósmicos de energía ultraalta". Revisión física D. 31 (3): 564–580. Código bibliográfico : 1985PhRvD..31..564H. doi : 10.1103/PhysRevD.31.564. PMID  9955721.
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20. Bhattacharjee, Pijushpani; Colina, 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. Colina, Christopher T. (1983). "Monopolonio". Física Nuclear B. 224 (3): 469–490. Código bibliográfico : 1983NuPhB.224..469H. doi :10.1016/0550-3213(83)90386-3. OSTI  1155484.
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27. Colina, Christopher T. (2024). "Teoría de campos bilocales para bosones escalares compuestos". Entropía . 26 (2): 146. arXiv : 2310.14750 .
28. Hill, Christopher T., "Nambu y la composición" , arXiv : 2401.08716
29. "Archivo de miembros de APS". Sociedad Estadounidense de Física .(búsqueda por año=1989 e institución=Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi)

enlaces externos

• Departamento de Física Teórica del Fermilab