John Clive Ward , FRS (1 de agosto de 1924 – 6 de mayo de 2000) fue un físico anglo-australiano que realizó importantes contribuciones a la teoría cuántica de campos, la física de la materia condensada y la mecánica estadística. Andrei Sakharov calificó a Ward como uno de los titanes de la electrodinámica cuántica.
Ward introdujo la identidad Ward-Takahashi . Fue uno de los autores del Modelo Estándar de interacciones de partículas de calibración: sus contribuciones se publicaron en una serie de artículos que coescribió con Abdus Salam . También se le atribuye ser uno de los primeros defensores del uso de los diagramas de Feynman . Se ha dicho que los físicos han hecho uso de sus principios y desarrollos "a menudo sin saberlo, y generalmente sin citarlo". [1] El modelo de Ising fue otro de sus intereses de investigación.
En 1955, Ward fue contratado para trabajar en el Centro de Investigación de Armas Atómicas de Aldermaston . Allí, derivó de forma independiente una versión del diseño Teller-Ulam , por el que se le ha llamado el "padre de la bomba H británica". [2]
John Clive Ward nació en East Ham , Londres , [3] el 1 de agosto de 1924. [1] Era hijo de Joseph William Ward, un funcionario que trabajaba en Inland Revenue , [3] [4] y su esposa Winifred née Palmer, una maestra de escuela. Tenía una hermana, Mary Patricia. Asistió a la Chalkwell Elementary School y a la Westcliff High School for Boys . En 1938 se presentó y ganó una beca de £100 para Bishop Stortford College . Hizo el Higher School Certificate Examination en 1942, recibiendo distinciones en matemáticas, física, química y latín, y se le ofreció una beca de posgrado para Merton College, Oxford . [3] [5]
Aunque la Segunda Guerra Mundial estaba en pleno apogeo en ese momento, Ward no fue llamado al ejército y se le permitió completar su licenciatura en Ciencias de la Ingeniería con honores de primera clase , estudiando matemáticas con JHC Whitehead y EC Titchmarsh . Recibió una beca del Harmsworth Trust y en octubre de 1946, una vez terminada la guerra, consiguió un puesto como asistente de posgrado de Maurice Pryce , que recientemente había sido nombrado profesor de física teórica en Oxford. [3]
El número total de artículos publicados por Ward fue de sólo unos 20, un hecho que refleja un fuerte sentido de autocrítica. También criticó lo que él llamaba "fábricas de doctorados" y expresó escepticismo sobre la importancia que se le daba a tener un gran número de citas. [6] Nunca supervisó a estudiantes de posgrado. [3] Recibió algunos premios importantes, incluyendo la Medalla Guthrie y la Medalla Dirac de la Universidad de Nueva Gales del Sur en 1981, el Premio Heineman en 1982 y la Medalla Hughes en 1983 "por sus contribuciones altamente influyentes y originales a la teoría cuántica de campos, particularmente la identidad de Ward y la teoría de interacciones débiles de Salam-Ward". [7] Se convirtió en miembro de la Royal Society en 1965. [3] [8]
Andrei Sakharov dijo que Ward era uno de los "titanes" de la electrodinámica cuántica junto a Freeman Dyson , Richard Feynman , Julian Schwinger , Sin-Itiro Tomonaga y Gian Carlo Wick . [9] Al respecto, se ha dicho que los físicos han hecho uso de sus principios y desarrollos "a menudo sin saberlo, y generalmente sin citarlo". [1]
En 1947, Ward y Pryce publicaron un artículo en Nature , en el que fueron los primeros en calcular y utilizar amplitudes de probabilidad para la polarización de un par de fotones entrelazados cuánticos que se mueven en direcciones opuestas. [10] [11] Para las polarizaciones x e y , Ward derivó esta amplitud de probabilidad como: [11]
que puede normalizarse como: [11] [12]
Esto se puede utilizar para derivar la correlación de polarización de los dos fotones. [10] Su predicción fue confirmada experimentalmente por Chien-Shiung Wu e I. Shaknov en 1950. [13] Esta fue la primera confirmación experimental de un par de fotones entrelazados como aplicable a la paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) . [14] El resultado fue posteriormente explicado por Richard Dalitz y Frank Duarte . [11] [1] [15] Aparentemente siguiendo la doctrina de Dirac , Ward nunca se preocupó por cuestiones de interpretación en mecánica cuántica . [12]
Cuando su beca Harmsworth expiró y vio pocas perspectivas en Oxford, Ward respondió a un anuncio de trabajo de la Universidad de Sydney . Le ofrecieron un puesto, pero cuando llegó, descubrió que era para un tutor, y no para un profesor . Por lo tanto, sirvió todo el año y luego regresó a Oxford para completar su tesis de Doctor en Filosofía (D.Phil.) sobre "Algunas propiedades de las partículas elementales". Ward esperaba que su tesis, una elaboración de su artículo de 1947, fuera aprobada fácilmente por el examinador externo, Nicholas Kemmer , pero en el último minuto el lugar de Kemmer fue ocupado por Rudolf Peierls , quien se negó a aceptarlo. Solo después de un argumento enérgico por parte del examinador interno, J. de Witt, se le otorgó la tesis. [3] [16]
Pryce hizo los arreglos para que Ward recibiera un premio del Departamento de Investigación Científica e Industrial (DSIR) durante dos años. Fue entonces cuando desarrolló la identidad de Ward-Takahashi , originalmente conocida como "Identidad de Ward" (o "Identidades de Ward"). [1] [3] [17] Este resultado en electrodinámica cuántica se inspiró en una conjetura de Freeman Dyson , [18] y fue divulgado en una carta de media página típica del estilo sucinto de Ward. En su libro Electrodinámica cuántica , Walter Greiner y Joachim Reinhardt afirman en su discusión sobre la renormalización de carga : "la identidad de Ward tiene un significado mucho más fundamental: asegura la universalidad de la interacción electromagnética ". [19] En su libro El rompecabezas del infinito , Frank Close escribió: "Las identidades de Ward son los cimientos básicos sobre los que descansa todo el edificio de la renormalización". [2]
En 1950, la beca DSIR de Ward estaba llegando a su fin. Pryce se había convertido en profesor visitante en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, Nueva Jersey , y los colegas de Ward, PT Matthews y Abdus Salam, fueron miembros visitantes allí en el año académico 1950-1951. A través de ellos, pudo asegurar una membresía de $3000 para el año académico 1951-1952. Fue en Princeton donde se le presentó el modelo de Ising y conoció a Mark Kac de la Universidad de Cornell , con quien colaboraría en una solución exacta del modelo de Ising utilizando un método combinatorio. [3] [20] [21] Su trabajo conjunto con Kac en el modelo de Ising dio lugar a lo que ahora se llama el operador Kac-Ward. [20] [22] Cuando terminó su membresía, trabajó para los Laboratorios Bell en 1952 y 1953. [1] Luego aceptó una oferta de una cátedra en la Universidad de Adelaida de Bert Green , donde trabajó durante un año antes de asumir otra membresía en el Instituto de Estudios Avanzados. [3]
Ward abandonó el programa británico de la bomba de hidrógeno y aceptó un trabajo en una empresa de electrónica de California. Más tarde, en 1956, Elliott Montroll le ofreció una cátedra visitante en la Universidad de Maryland . [3] Ward, tras mencionar un artículo reciente de Keith Brueckner y Murray Gell-Mann sobre la energía del estado fundamental de un gas de electrones , dio una conferencia en la que propuso un enfoque diferente. Montroll reconoció que se trataba de la teoría de Debye-Hückel . En las semanas siguientes, Ward recordó más tarde: "No sólo habíamos conseguido producir una extensión definitiva de una teoría que antes era puramente clásica, sino también establecer las reglas para el tratamiento diagramático de los problemas de la mecánica estadística cuántica, reglas que ahora son el pan de cada día de los cálculos modernos". [3]
Poco después, los físicos se sorprendieron con la noticia de que Wu y Tsung-Dao Lee habían demostrado en el experimento de Wu que la paridad no se conserva en las interacciones débiles . Esto inspiró a Ward a considerar nuevamente la física de partículas. Junto con muchos otros, consideró cómo la teoría de calibre podría aplicarse a la teoría de la desintegración beta de Fermi . [3] Ward se convirtió en uno de los autores del Modelo Estándar de interacciones de partículas de calibre; sus contribuciones sobre interacciones electromagnéticas y débiles se publicaron en una serie de artículos que coescribió con Abdus Salam . [23] [24] [25] [26] Ward escribió una nota a Abdus, informándole que Albert Einstein estaría dando vueltas en su tumba, presumiblemente en el sentido de las agujas del reloj. [3]
Las contribuciones de Salam y Ward al Modelo Estándar se utilizaron en el desarrollo de la estructura teórica del bosón de Higgs . [27] Ward también hizo contribuciones a la mecánica cuántica , [16] [28] la teoría de fermiones, [29] la física cuántica del estado sólido , [30] y la mecánica estadística y el modelo de Ising. [31]
En 1955, William Cook contrató a Ward para trabajar en el programa británico de bombas de hidrógeno en el Atomic Weapons Research Establishment de Aldermaston . El gobierno británico había decidido que necesitaba bombas de hidrógeno y la tarea de Aldermaston era diseñar una. [32] Cook había sido puesto a cargo del proyecto en septiembre de 1954. Ward era el único físico teórico en Aldermaston; el director, William Penney , aunque físico, era un experto en hidrodinámica e instrumentación. Penney no estaba contento de que le impusieran a Ward, y los dos no se llevaban bien. [33] John Corner recordó que Ward no encajaba en Aldermaston. [32]
El conocimiento británico sobre los diseños termonucleares se limitaba al trabajo realizado durante la guerra en el marco del Proyecto Manhattan : el Classic Super de Edward Teller [3] y un diseño de 1946 de John von Neumann y Klaus Fuchs . Todo lo que se sabía con certeza sobre el diseño de la bomba de hidrógeno estadounidense era que tenía múltiples etapas. [32] "Me asignaron", recordó Ward más tarde, "la improbable tarea de descubrir el secreto de la invención de Ulam-Teller... una idea genial que superaba con creces el talento del personal de Aldermaston, un hecho bien conocido tanto por Cook como por Penney". [33]
Después de analizar un gran número de propuestas, Ward dio con un diseño viable que incorporaba etapas, compresión e implosión por radiación. [1] [33] En una reunión celebrada el 2 de diciembre de 1955, Ward lo esbozó en la pizarra. La respuesta de Penny fue fría, considerándolo demasiado complicado, pero Cook lo reconoció como digno. Aunque el diseño de Ward no fue el que finalmente se adoptó para las bombas de hidrógeno utilizadas en la Operación Grapple , el concepto fue influyente, [3] [32] y el desarrollo de un diseño más avanzado que el de los estadounidenses sería la clave para lograr el objetivo general del proyecto: la reanudación de la Relación Especial nuclear con los estadounidenses. [33] [34] Se le ha llamado el "padre de la bomba H británica". [2]
Después de Maryland, Ward buscó un nuevo trabajo. Pensó que había encontrado uno en la Universidad de Miami en Florida , pero se le negó la titularidad y se fue en 1959. Luego consiguió un puesto en la Universidad Carnegie Mellon en Pittsburgh, Pensilvania , pero no estaba contento allí. Solicitó una vez más una membresía de un año en el Instituto de Estudios Avanzados, y fue aceptado por tercera vez. Theodore H. Berlin le ofreció un puesto en la Universidad Johns Hopkins en 1961. Permaneció hasta 1966, cuando respondió a un anuncio para un profesor de matemáticas en la Universidad Victoria de Wellington en Nueva Zelanda. Sus amigos australianos se sorprendieron de que alguien eligiera Nueva Zelanda en lugar de Australia. En la Universidad Macquarie en Sídney fue recibido por el profesor Peter Mason en 1968 con un nombramiento como profesor. Rechazó ofertas de Oxford y Cambridge. [3] [1] Finalmente se convirtió en ciudadano australiano. [6]
En 1967 creó el programa de física en la Universidad Macquarie utilizando las Conferencias Feynman sobre Física como libros de texto primarios. Este programa tenía un fuerte énfasis experimental y el propio Ward (que originalmente se formó como ingeniero) "sentía una gran admiración por todo lo práctico". [6] Se le atribuye ser un pionero en el uso de los diagramas de Feynman y difundir su uso en Australia. [35] A fines de la década de 1970, Ward participó, con Frank Duarte, en el exitoso movimiento de reforma científica de Macquarie , [36] y lo consideró un "logro muy importante". [6] La señal más visible fue que la universidad acordó otorgar títulos de Licenciatura en Ciencias (BSc) en lugar de solo Licenciatura en Artes (BA), siendo los primeros más valorados por los estudiantes y los lugares de trabajo en Australia. [3]
Además de su formación en física, Ward tocaba el piano y la trompa . Ward tocaba el piano en actuaciones públicas, por ejemplo, en agosto de 1968, interpretando a Grieg en el Blacktown Town Hall de Sídney. Fue soltero durante la mayor parte de su vida, pero estuvo casado brevemente mientras estuvo en Estados Unidos. No tuvo hijos. [3] Murió en la isla de Vancouver, en la Columbia Británica , Canadá, el 6 de mayo de 2000, a causa de una enfermedad respiratoria. [1]
