Julian Seymour Schwinger ( 12 de febrero de 1918 - 16 de julio de 1994) fue un físico teórico estadounidense ganador del Premio Nobel . Es más conocido por su trabajo en electrodinámica cuántica ( EDQ ) , en particular por desarrollar una teoría de perturbación relativista invariante y por renormalizar la EQQ a un orden de bucle. Schwinger fue profesor de física en varias universidades.
Schwinger es reconocido como un físico importante, responsable de gran parte de la teoría cuántica de campos moderna, incluyendo un enfoque variacional y las ecuaciones de movimiento para campos cuánticos. Desarrolló el primer modelo electrodébil y el primer ejemplo de confinamiento en dimensiones 1+1. Es responsable de la teoría de neutrinos múltiples, los términos de Schwinger y la teoría del campo de espín 3/2.
Julian Seymour Schwinger nació en la ciudad de Nueva York, hijo de padres judíos asquenazíes , Belle (née Rosenfeld) y Benjamin Schwinger, un fabricante de ropa, [1] que había emigrado de Polonia a los Estados Unidos. Tanto su padre como los padres de su madre eran prósperos fabricantes de ropa, aunque el negocio familiar decayó después del desplome de Wall Street de 1929. La familia seguía la tradición judía ortodoxa . El hermano mayor de Julian, Harold Schwinger, nació en 1911, siete años antes que Julian, que nació en 1918. [2]
Schwinger fue un estudiante precoz. Asistió a la Townsend Harris High School de 1932 a 1934, una escuela secundaria muy valorada para estudiantes superdotados en ese momento. Durante la escuela secundaria, Julian ya había comenzado a leer artículos de Physical Review de autores como Paul Dirac en la biblioteca del City College de Nueva York , en cuyo campus se encontraba Townsend Harris por entonces. [3]
En el otoño de 1934, Schwinger ingresó en el City College de Nueva York como estudiante de grado. El CCNY aceptaba automáticamente a todos los graduados de Townsend Harris en ese momento, y ambas instituciones ofrecían matrícula gratuita. Debido a su intenso interés por la física y las matemáticas, Julian se desempeñó muy bien en esas materias a pesar de que a menudo se saltaba las clases y estudiaba directamente de los libros. Por otro lado, su falta de interés por otros temas como el inglés le llevó a tener conflictos académicos con los profesores de esas materias. [4]
Después de que Julian se uniera al CCNY, su hermano Harold, que ya se había graduado en el CCNY, le pidió a su ex compañero de clase Lloyd Motz que "conociera a [Julian]". Lloyd era profesor de física del CCNY y candidato a doctorado en la Universidad de Columbia en ese momento. Lloyd lo conoció y pronto reconoció el talento de Julian. Al notar los problemas académicos de Schwinger, Lloyd decidió pedirle ayuda a Isidor Isaac Rabi, a quien conocía en Columbia. Rabi también reconoció de inmediato las capacidades de Schwinger en su primera reunión y luego hizo arreglos para otorgarle una beca para estudiar en Columbia. Al principio, las malas calificaciones de Julian en algunas materias en el CCNY impidieron la concesión de la beca. Pero Rabi persistió y le mostró un artículo inédito sobre electrodinámica cuántica escrito por Schwinger a Hans Bethe , que estaba de paso por Nueva York. La aprobación del artículo por parte de Bethe y su reputación en ese dominio fueron suficientes para asegurarle la beca a Julian, quien luego se trasladó a Columbia. Su situación académica en Columbia era mucho mejor que en el CCNY. Fue aceptado en la sociedad Phi Beta Kappa y recibió su licenciatura en 1936. [5]
Durante los estudios de posgrado de Schwinger, Rabi sintió que sería bueno para Julian visitar otras instituciones en todo el país, y Julian recibió una beca de viaje para el año 37/38, que pasó trabajando con Gregory Breit y Eugene Wigner . Durante este tiempo, Schwinger, que anteriormente ya tenía el hábito de trabajar hasta altas horas de la noche, fue más allá e hizo que el cambio de día/noche fuera más completo, trabajando de noche y durmiendo durante el día, un hábito que mantendría durante toda su carrera. Schwinger comentó más tarde que este cambio fue en parte una forma de conservar una mayor independencia intelectual y evitar ser "dominado" por Breit y Wigner simplemente reduciendo la duración del contacto con ellos trabajando en horarios diferentes. [6]
Schwinger obtuvo su doctorado supervisado por Rabi en 1939 a la edad de 21 años.
Durante el otoño de 1939, Schwinger comenzó a trabajar en la Universidad de California, Berkeley, con J. Robert Oppenheimer , donde permaneció durante dos años como miembro del NRC . [7]
Después de haber trabajado con Oppenheimer, el primer nombramiento académico regular de Schwinger fue en la Universidad de Purdue en 1941. Mientras estaba de permiso de Purdue, trabajó en el Laboratorio de Radiación del MIT en lugar del Laboratorio Nacional de Los Álamos durante la Segunda Guerra Mundial. Proporcionó apoyo teórico para el desarrollo del radar . Después de la guerra, Schwinger dejó Purdue para la Universidad de Harvard , donde enseñó desde 1945 hasta 1974. En 1966 se convirtió en el profesor Eugene Higgins de física en Harvard.
Schwinger desarrolló una afinidad por las funciones de Green a partir de su trabajo sobre el radar, y utilizó estos métodos para formular la teoría cuántica de campos en términos de funciones de Green locales de una manera relativista e invariante. Esto le permitió calcular de manera inequívoca las primeras correcciones al momento magnético del electrón en la electrodinámica cuántica. Trabajos anteriores no covariantes habían llegado a respuestas infinitas, pero la simetría adicional en sus métodos le permitió a Schwinger aislar las correcciones finitas correctas.
Schwinger desarrolló la renormalización , formulando la electrodinámica cuántica de forma inequívoca en el orden de un bucle.
En la misma época, introdujo métodos no perturbativos en la teoría cuántica de campos, calculando la velocidad a la que se crean pares electrón - positrón mediante el efecto túnel en un campo eléctrico, un proceso que hoy se conoce como el "efecto Schwinger". Este efecto no podía observarse en ningún orden finito en la teoría de perturbaciones.
El trabajo fundacional de Schwinger sobre la teoría cuántica de campos construyó el marco moderno de las funciones de correlación de campos y sus ecuaciones de movimiento . Su enfoque comenzó con una acción cuántica y permitió que los bosones y los fermiones fueran tratados por igual por primera vez, utilizando una forma diferencial de integración de Grassman . Dio pruebas elegantes para el teorema de estadística de espín y el teorema CPT , y observó que el álgebra de campos conducía a términos de Schwinger anómalos en varias identidades clásicas, debido a singularidades de corta distancia. Estos fueron resultados fundacionales en la teoría de campos, instrumentales para la comprensión adecuada de las anomalías .
En otro trabajo notable de sus comienzos, Rarita y Schwinger formularon la teoría abstracta de Pauli y Fierz del campo de espín 3/2 en una forma concreta, como un vector de espinores de Dirac, la ecuación de Rarita-Schwinger . Para que el campo de espín 3/2 interactúe de manera consistente, se requiere alguna forma de supersimetría , y Schwinger más tarde lamentó no haber continuado con este trabajo lo suficiente como para descubrir la supersimetría.
Schwinger descubrió que los neutrinos se presentan en múltiples variedades, una para el electrón y otra para el muón . Hoy en día se sabe que existen tres neutrinos ligeros; el tercero es el compañero del leptón tau .
En la década de 1960, Schwinger formuló y analizó lo que ahora se conoce como el modelo de Schwinger , la electrodinámica cuántica en una dimensión espacial y temporal, el primer ejemplo de una teoría de confinamiento . También fue el primero en sugerir una teoría de calibración electrodébil, un grupo de calibración que se rompe espontáneamente en electromagnético a grandes distancias. Esto fue ampliado por su estudiante Sheldon Glashow en el patrón aceptado de unificación electrodébil. Intentó formular una teoría de la electrodinámica cuántica con monopolos magnéticos puntuales , un programa que tuvo un éxito limitado porque los monopolos interactúan fuertemente cuando el cuanto de carga es pequeño.
Schwinger, que dirigió 73 tesis doctorales, [8] es conocido como uno de los asesores de posgrado más prolíficos en física. Cuatro de sus estudiantes ganaron premios Nobel: Roy Glauber , Benjamin Roy Mottelson , Sheldon Glashow y Walter Kohn (en química).
Schwinger tenía una relación mixta con sus colegas, porque siempre persiguió la investigación independiente, diferente de la moda dominante. En particular, Schwinger desarrolló la teoría de la fuente , [9] una teoría fenomenológica para la física de partículas elementales, que es un predecesor de la teoría de campo efectivo moderna . Trata los campos cuánticos como fenómenos de larga distancia y utiliza 'fuentes' auxiliares que se asemejan a las corrientes en las teorías de campo clásicas. La teoría de la fuente es una teoría de campo matemáticamente consistente con resultados fenomenológicos claramente derivados. Las críticas de sus colegas de Harvard llevaron a Schwinger a dejar la facultad en 1972 para UCLA . Es una historia ampliamente contada que Steven Weinberg , quien heredó la oficina con paneles de Schwinger en el Laboratorio Lyman , encontró allí un par de zapatos viejos, con el mensaje implícito, "¿Crees que puedes llenar estos?" [ cita requerida ] Basado en la teoría de la fuente de Schwinger, Weinberg sentó las bases de la teoría de campo efectivo, que es más apreciada entre los físicos. A pesar del incidente de los zapatos, Weinberg le dio el crédito a Schwinger por la inspiración. [10]
En la UCLA, y durante el resto de su carrera, Schwinger continuó desarrollando la teoría de las fuentes y sus diversas aplicaciones. Después de 1989, Schwinger se interesó profundamente en la investigación no convencional de la fusión fría . Escribió ocho artículos teóricos sobre ella. Renunció a la Sociedad Estadounidense de Física después de que esta se negara a publicar sus artículos. [11] Sentía que se estaba reprimiendo la investigación sobre la fusión fría y se estaba violando la libertad académica. Escribió: "La presión por la conformidad es enorme. La he experimentado en el rechazo de los editores a los artículos presentados, basándose en críticas venenosas de árbitros anónimos. La sustitución de la revisión imparcial por la censura será la muerte de la ciencia".
En sus últimas publicaciones, Schwinger propuso una teoría de la sonoluminiscencia como un fenómeno radiativo cuántico de larga distancia asociado no con átomos, sino con superficies de rápido movimiento en la burbuja en colapso, donde hay discontinuidades en la constante dieléctrica. El mecanismo de la sonoluminiscencia, ahora respaldado por experimentos, se centra en el gas sobrecalentado dentro de la burbuja como fuente de la luz. [12]
Schwinger recibió el Premio Nobel de Física en 1965 por su trabajo en electrodinámica cuántica (EDQ), junto con Richard Feynman y Shin'ichirō Tomonaga . Los premios y honores de Schwinger fueron numerosos incluso antes de su victoria en el Nobel. Incluyen el primer Premio Albert Einstein (1951), la Medalla Nacional de Ciencias de EE. UU. (1964), doctorados honorarios de la Universidad de Purdue (1961) y la Universidad de Harvard (1962), y el Premio Naturaleza de la Luz de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU. (1949). En 1987, Schwinger recibió el Premio Golden Plate de la Academia Estadounidense de Logros . [13]
Como físico famoso, Schwinger fue comparado a menudo con otro físico legendario de su generación, Richard Feynman . Schwinger tenía una inclinación más formal y favorecía las manipulaciones simbólicas en la teoría cuántica de campos . Trabajó con operadores de campo locales y encontró relaciones entre ellos, y sintió que los físicos deberían comprender el álgebra de campos locales, sin importar cuán paradójica fuera. Por el contrario, Feynman era más intuitivo, creyendo que la física podía extraerse completamente de los diagramas de Feynman , que daban una imagen de partículas. Schwinger comentó sobre los diagramas de Feynman de la siguiente manera:
Al igual que los chips de silicio de años más recientes, el diagrama de Feynman estaba acercando la computación a las masas. [14] [15]
A Schwinger no le gustaban los diagramas de Feynman porque pensaba que hacían que el estudiante se centrara en las partículas y se olvidara de los campos locales, lo que, en su opinión, inhibía la comprensión. Llegó al extremo de prohibirlos por completo en su clase, aunque los entendía perfectamente bien. Sin embargo, la verdadera diferencia es más profunda y Schwinger la expresó en el siguiente pasaje:
Finalmente, estas ideas condujeron a formulaciones lagrangianas o de acción de la mecánica cuántica, que aparecen en dos formas distintas pero relacionadas, que distingo como diferencial e integral . Esta última, encabezada por Feynman, ha tenido toda la cobertura de la prensa, pero sigo creyendo que el punto de vista diferencial es más general, más elegante, más útil. [16]
A pesar de compartir el Premio Nobel, Schwinger y Feynman tenían un enfoque diferente de la electrodinámica cuántica y de la teoría cuántica de campos en general. Feynman utilizó un regulador , mientras que Schwinger pudo renormalizar formalmente a un bucle sin un regulador explícito. Schwinger creía en el formalismo de los campos locales, mientras que Feynman tenía fe en las trayectorias de las partículas. Seguían de cerca el trabajo del otro y se respetaban mutuamente. A la muerte de Feynman, Schwinger lo describió como
Un hombre honesto, el intuicionista más destacado de nuestra época y un claro ejemplo de lo que puede depararle el futuro a quien se atreva a seguir el ritmo de un tambor diferente. [17]
Schwinger murió de cáncer de páncreas . Está enterrado en el cementerio de Mount Auburn ; , donde está la constante de estructura fina , está grabado encima de su nombre en su lápida. Estos símbolos se refieren a su cálculo de la corrección ("anómala") del momento magnético del electrón .
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