Ramamurti Rajaraman (nacido el 11 de marzo de 1939) es profesor emérito de física teórica en la Escuela de Ciencias Físicas de la Universidad Jawaharlal Nehru . [2] También fue copresidente del Panel Internacional sobre Materiales Fisibles y miembro del Boletín de la Junta de Ciencia y Seguridad de los Científicos Atómicos . Ha enseñado y realizado investigaciones en física en el Instituto Indio de Ciencias, el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton y como profesor visitante en Stanford, Harvard, MIT y otros lugares. Recibió su doctorado en física teórica en 1963 de la Universidad de Cornell . Además de sus publicaciones de física, Rajaraman ha escrito ampliamente sobre temas que incluyen la producción de material fisible en India y Pakistán y los efectos radiológicos de los accidentes con armas nucleares.
Rajaraman completó su licenciatura (con honores) en la Universidad de Delhi en 1958 y su doctorado en física teórica en 1963 en la Universidad de Cornell con Hans Bethe como supervisor. [3] Después de una breve estancia postdoctoral en el TIFR en 1963, regresó a Cornell para enseñar y continuar la investigación. En 1969, después de pasar dos años en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, regresó a la India, trabajando primero en la Universidad de Delhi (1969-76), luego en el Instituto Indio de Ciencias (IISc) de Bangalore (1976-93) y, finalmente, en la JNU (1994-), donde ahora es profesor emérito. Pasó sabáticos en la Universidad de Harvard , el MIT , la Universidad de Stanford , el CERN , la Universidad de Illinois y el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton.
Una característica notable de la investigación de Rajaraman es la diversidad de las áreas en las que ha trabajado. En física teórica, su trabajo, que abarca cuatro décadas (1962-2002), abarca la teoría nuclear de muchos cuerpos, las partículas elementales, la teoría cuántica de campos, la física de solitones, el efecto Hall cuántico y aspectos de la mecánica estadística. Además, desde el año 2000, ha estado profundamente involucrado en el trabajo técnico y de promoción de políticas públicas, incluido el desarme nuclear global, los programas nucleares civiles y militares de la India y la educación superior. A continuación se presenta un resumen de parte de este trabajo.
En 1962-63, como parte de su tesis doctoral, Rajaraman demostró que los cálculos prevalecientes de la energía de la materia nuclear en potencias de la matriz de reacción de Brueckner no producirían un resultado convergente. [4] [5] Sugirió en cambio sumar, en forma cerrada, interacciones de todos los órdenes entre cualquier número dado de nucleones, generando así una expansión de densidad. También esbozó un método para hacerlo. Posteriormente, Hans Bethe convirtió el esquema de Rajaraman en una teoría sustantiva para el problema de los tres nucleones en la materia nuclear. [6] Estos desarrollos, resumidos en el artículo de revisión de 1967 de Rajaraman con Bethe, [7] finalmente llevaron al método de cúmulos acoplados en la teoría de muchos cuerpos. Posteriormente, BHJ McKellar, Rajaraman estudió el impacto de las fuerzas intrínsecas de tres cuerpos y de muchos cuerpos superiores entre nucleones (a diferencia de las conocidas fuerzas nucleares por pares) en la materia nuclear. [8] [9] Por otra parte, Rajaraman demostró que las correlaciones nucleón-nucleón suprimen la condensación de piones en las estrellas de neutrones. [10]
Durante los años setenta, Rajaraman amplió su investigación para incluir la física de partículas. En ese momento, la dispersión de hadrones de alta energía se estaba analizando utilizando técnicas de matriz S y polos de Regge. Dado que los límites asintóticos de Froissart-Martin sobre la dispersión de hadrones no son aplicables a las interacciones débiles, Rajaraman construyó una teoría autoconsistente de neutrinos de masa cero y demostró que las secciones eficaces totales de dispersión ν- ν y ν- ν(bar) se vuelven asintóticamente iguales y se aproximan al mismo valor constante. [11]
Rajaraman proporcionó la primera determinación a partir de datos experimentales del valor del "Vértice Triple Pomeron" como una función de la transferencia de momento [12] y también derivó las consecuencias de la desaparición de este vértice en la dispersión de hadrones de alta energía. [13] Con Finkelstein, analizó la Degeneración por Intercambio en reacciones inclusivas que involucran el vértice triple-Reggeon [14] [15]
Junto con S. Rai Choudhary y G. Rajasekaran, obtuvo varios resultados sobre datos de dispersión de electrones inelásticos profundos que se generaban en SLAC. Estos incluían (i) restricciones sobre sus funciones de estructura, (ii) su relación con la dispersión inclusiva puramente hadrónica (N+N→N+ X) y (iii) el descubrimiento de un polo fijo en la dispersión Compton virtual. [16] [17] [18]
Aparte de sus revisiones y su libro, [19] los resultados originales de Rajaraman sobre solitones incluyen soluciones exactas de solitones de teorías de campos escalares acoplados [20] y con E. Weinberg un método para cuantificar solitones con simetrías internas. [21] En 1982, Rajaraman y el teórico John Bell examinaron el curioso fenómeno de los estados cuánticos con número fermiónico fraccionario, descubierto teóricamente por Jackiw y Rebbi y observado experimentalmente en poliacetileno. Estos hallazgos parecían violar el sentido común a primera vista. Rajaraman y Bell aclararon este enigma, en un par de artículos, uno abordando el problema en la teoría de Dirac del continuo, y el otro en un modelo reticular de poliacetileno. [22] [23] Demostraron que la fracción faltante del electrón estaba al acecho en los bordes del sistema, como también se ha visto desde entonces en algunos experimentos. [24]
En 1985, R. Jackiw y Rajaraman demostraron que las teorías de calibración con anomalías no son necesariamente inconsistentes, contrariamente a la creencia general hasta entonces. Resolvieron el Modelo Quiral de Schwinger (CSM), que es anómalo, de manera exacta y demostraron que tiene un espectro consistente y relativistamente covariante. [25] Después de esto, Rajaraman demostró utilizando la teoría de restricciones de Dirac que la presencia de una anomalía de calibración solo altera la estructura de restricciones de la teoría de modo que, aunque ya no es invariante de calibración, sigue siendo canónicamente consistente y relativista. [26] Más tarde, continuó extendiendo estos resultados a diferentes teorías de calibración no abelianas en dos y cuatro dimensiones, [27] [28] [29] incluyendo (con Percacci) el modelo de calibración quiral de Wess-Zumino-Witten. [30]
Motivados por los cálculos de estrellas de neutrones que tratan la resonancia hadrónica Δ(3-3 ) como una especie separada de fermiones, Rajaraman y RF Dashen analizaron la cuestión general de la elementariedad efectiva de resonancias estrechas en conjuntos hadrónicos. [31] [32] Dado que las resonancias se describen naturalmente en la matriz S en lugar del formalismo hamiltoniano, esta investigación se basó en la formulación de la matriz S de la Mecánica Estadística desarrollada por RF Dashen y SK Ma. Los criterios derivados por Dashen y RR, cuando se aplicaron a la ecuación de estado de la estrella de neutrones, mostraron que tratar a Δ(3-3 ) como una partícula elemental independiente era una aproximación razonable. Por separado, Rajaraman estudió, con Dashen y Ma, el comportamiento de temperatura finita del modelo de Gross y Neveu que rompe espontáneamente la simetría quiral. [33] Dashen, Ma y Rajaraman descubrieron que cuando se aumenta la temperatura, aunque sea levemente, se restablece la simetría. Por otra parte, Ma y Rajaraman dieron una explicación pedagógica de cuándo y por qué las simetrías rotas se restablecen mediante fluctuaciones. [34] Otro resultado intrigante, obtenido con Raj Lakshmi, fue la restauración de la simetría, tras la cuantificación, de algunas teorías de campo debido a las diferencias de energía del punto cero. [35]
Rajaraman y SL Sondhi construyeron un operador de campo bosónico para bosones compuestos, en sistemas Hall cuánticos cuyo condensado produce los estados de Laughlin en el nivel de campo medio. [36] En una línea similar, Rajaraman construyó operadores de campo para los compuestos de electrones de flujo de Jain. [37] También estudió diferentes características de los sistemas Hall cuánticos bicapa. AH MacDonald y T. Jungwirth y Rajaraman construyeron su diagrama de fase con un factor de llenado de dos como una función del acoplamiento Zeeman, el sesgo de capa y el efecto túnel entre capas. Demostraron que su estado fundamental tiene una rica estructura de simetrías rotas, incluida una que exhibe antiferromagnetismo inclinado. [38]
Rajaraman y el estudiante de doctorado Sankalpa Ghosh estudiaron excitaciones "meron" y bi-meron topológicamente no triviales en espín de capa para sistemas Hall bicapa teniendo en cuenta las diferencias en la energía de Coulomb entre capas y dentro de ellas. [39] [40] También analizaron solitones CP_{3} que surgen en una descripción de cuatro componentes de electrones que llevan tanto espín como espín de capa. Estos solitones llevan devanados entrelazados no triviales de grados de libertad de capa y espín reales. [41]
Rajaraman ha argumentado [42] en contra de que la India desarrolle armas nucleares mucho antes de su primera prueba nuclear en Pokhran en 1974. Sin embargo, incluso después de que India y Pakistán comenzaran oficialmente a construir armas nucleares en 1998, sintió que debía seguir comprometido con la comunidad estratégica y esforzarse por la moderación nuclear y la reducción de la amenaza. Para este fin, se educó más profundamente en tecnología y política nuclear. En esto fue de gran ayuda las repetidas visitas al Programa de Ciencia y Seguridad Global de la Universidad de Princeton, dirigido por Frank von Hippel , un líder en control de armas nucleares.
Desde entonces, a través de artículos, apariciones en televisión y conferencias en centros de estudios y universidades de la India y del extranjero, Rajaraman ha tratado de aportar claridad a las cuestiones nucleares en el sur de Asia y a nivel mundial. Su trabajo abarca los accidentes con armas nucleares, la defensa civil, la doctrina nuclear de la India, la disuasión mínima y los sistemas de misiles antibalísticos y de alerta temprana. [43] Ha instado repetidamente a limitar el arsenal nuclear de la India basándose en motivos técnicos y estratégicos de que un arsenal pequeño será suficiente para cumplir los requisitos de la doctrina declarada del gobierno indio de disuasión mínima. [44] [ 45] [46] [47] Ha defendido los acuerdos de desalerta nuclear y otras medidas de fomento de la confianza en reuniones de la vía II con colegas paquistaníes y chinos. Ha calculado la producción y las reservas de material fisionable en el sur de Asia [48] [49] y analizado las perspectivas del TCPMF. [50] [51] Más recientemente, ha defendido la adhesión de la India al Tratado de Prohibición Completa de los Ensayos Nucleares (TPCE). [52] Ha analizado en detalle las ramificaciones del Acuerdo Nuclear entre Estados Unidos y la India y fue un participante activo en el polémico debate público en torno a sus negociaciones de tres años (2005-2008). [53]
Rajaraman es miembro fundador y ex copresidente del Panel Internacional sobre Materiales Fisionables, [54] del Consejo de la Conferencia Pugwash sobre Ciencia y Asuntos Mundiales y de la Red de Liderazgo de Asia y el Pacífico para la No Proliferación Nuclear y el Desarme, y miembro del Consejo de Ciencia y Seguridad del Boletín de los Científicos Atómicos durante seis años (véase [55] [56] [57] ).
Por su trabajo sobre el control de armas nucleares, Rajaraman recibió el Premio Leo Szilard otorgado por la Sociedad Americana de Física en 2014.
También ha escrito sobre seguridad, protección y transparencia en el programa de energía nuclear de la India, desde mucho antes de la tragedia de Fukushima. [58] Para ayudar a mitigar las opiniones polémicas sobre la energía nuclear entre el público indio, organizó y editó un libro [59] sobre el programa de energía nuclear de la India con colaboradores que iban desde líderes del Departamento de Energía Atómica del gobierno hasta activistas antinucleares. Fue miembro del Comité de Expertos de la Iniciativa de Amenaza Nuclear (NTI) para desarrollar su Índice de Seguridad Nuclear de 2012. [60]
A pesar de las amplias contribuciones a la investigación resumidas anteriormente, Rajaraman tal vez sea recordado más por su docencia. En todas las universidades en las que ha enseñado durante más de 50 años, ha sido conocido por sus habilidades para enseñar física, en particular la teoría cuántica. Lo mismo se puede decir de los numerosos minicursos que ha impartido en escuelas de verano e invierno en la India y en el extranjero, explicando los nuevos avances en la investigación de la física teórica.
Tal vez los ejemplos más conocidos de esto fueron sus monografías sobre solitones cuánticos. En la década de 1970 se estaba desarrollando un nuevo enfoque no perturbativo para la teoría cuántica de campos mediante la cuantificación de fluctuaciones alrededor de soluciones clásicas (solitones) exactas, para obtener estados de partículas cuánticas extendidas con notables propiedades topológicas. En 1975, Rajaraman publicó el primer artículo de revisión sobre estos nuevos métodos en la revista de revisión Physics Reports. [61] Posteriormente, lo desarrolló como un libro, Solitons and Instantons , publicado en 1982 por Elsevier North Holland. [19] Explicó de manera simple y coherente estos desarrollos, así como las técnicas asociadas de integrales de trayectoria, túneles de vacío inducidos por instantones, campos de Grassman y vacíos de calibre múltiple. Dado que estos métodos han encontrado aplicaciones en la física nuclear, de partículas y de materia condensada, este libro ha sido ampliamente utilizado en todo el mundo por una generación de físicos teóricos. Sus derechos de traducción fueron adquiridos por la editorial soviética MIR, que lo publicó en ruso en 1985. [62] Se pusieron a disposición de la mayoría de los departamentos de física más importantes de la Unión Soviética y Europa del Este copias subvencionadas del libro.
Recibió el premio Leo Szilard Lectureship Award 2014 de la American Physical Society [63] por sus “esfuerzos para promover la paz y la seguridad nuclear en el sur de Asia a través de amplios compromisos y escritos” y el premio Shanti Swarup Bhatnagar en Ciencias Físicas en 1983. [64] También recibió el premio Dr. GP Chatterjee Memorial Award 1989 y la medalla SNBose 1995 de la Academia Nacional de Ciencias de la India. [ cita requerida ]