Frank Anthony Wilczek ( nacido el 15 de mayo de 1951 ) es un físico teórico , matemático y premio Nobel estadounidense . Es profesor de Física Herman Feshbach en el Instituto Tecnológico de Massachusetts ( MIT ) , director fundador del TD Lee Institute y científico jefe del Centro Cuántico Wilczek de la Universidad Jiao Tong de Shanghái ( SJTU ), profesor distinguido en la Universidad Estatal de Arizona (ASU) y profesor titular en la Universidad de Estocolmo . [4 ]
Wilczek, junto con David Gross y H. David Politzer , fue galardonado con 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, fue galardonado con 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 sus manos", según Wilczek, pero su padre tomó clases de escuela nocturna para educarse, trabajando como reparador para mantener a su familia. [7] El padre de Wilczek se convirtió en un "ingeniero autodidacta", cuyos intereses en la tecnología y la ciencia inspiraron a su hijo. [8]
Wilczek se educó en las escuelas públicas de Queens , asistiendo a la escuela secundaria Martin Van Buren . Fue en esa época cuando los padres de Wilczek se dieron cuenta de que era excepcional, en parte como resultado de que a su hijo le habían administrado 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 impartía un curso que ayudaba a los estudiantes con la Búsqueda de talentos científicos nacional de Westinghouse . Wilczek fue finalista en 1967 y finalmente ganó el cuarto lugar, basado en un proyecto matemático que involucraba la teoría de grupos . [10] [11]
Recibió su Licenciatura en Ciencias en Matemáticas y su membresía en 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 dictado por Peter Freund sobre teoría de grupos en física, que Wilczek luego describió como "básicamente física de partículas ", y muy influyente: [7]
Sin embargo, Peter Freund jugó un papel muy importante en mi vida, porque impartió un curso sobre teoría de grupos o simetría en física que, con mucho entusiasmo, realmente se deshacía en elogios. Es un material muy hermoso. Hasta el día de hoy, sigo pensando que la teoría cuántica del momento angular es uno de los pináculos absolutos del logro humano. 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 Artes en Matemáticas en 1972 y un Doctorado en Física en 1974, ambos en la Universidad de Princeton . [13]
Wilczek conoció a Betsy Devine en Princeton, cuando ambos vieron 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 más tarde "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] Se le ha descrito como agnóstico [17], pero tuiteó en 2013 que " panteísta " es "más acertado". [18]
Wilczek dijo que “el mundo encarna ideas hermosas” pero “aunque esto puede inspirar una interpretación espiritual, no la requiere”. [19] [20]
Wilczek es miembro del Consejo Asesor Científico del Future of Life Institute , una organización que trabaja para mitigar los riesgos existenciales que enfrenta la humanidad, particularmente el riesgo existencial que representa la inteligencia artificial avanzada . [21]
En 2014, Wilczek escribió una carta, junto con Stephen Hawking y otros dos académicos, en la que advertía que “el éxito en la creación de una IA sería el mayor acontecimiento de la historia de la humanidad. Lamentablemente, también podría ser el último, a menos que aprendamos a evitar los riesgos”. [22]
Wilczek también es partidario de la Campaña para el Establecimiento de una Asamblea Parlamentaria de las Naciones Unidas , una organización que aboga por la reforma democrática en las Naciones Unidas y la creación de un sistema político internacional más responsable. [23]
Wilczek es miembro 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 hayan tenido en el programa".
En 1982, se le concedió 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 las Artes y las 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. En el mismo año, fue galardonado con la Medalla Conmemorativa de la Facultad de Matemáticas y Física de la Universidad Charles 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 otorgado 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 fue co-receptor del Premio Internacional Rey Faisal de Ciencias de 2005. En ese mismo año, recibió el Premio Golden Plate de la Academia Estadounidense de Logros . [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 del Premio Infosys de 2009 a 2011. En 2011, Wilczek dio la Conferencia Conmemorativa George Gamow en la Universidad de Colorado en Boulder . [32] En 2022 fue galardonado con 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 de Física Herman Feshbach en el Centro de Física Teórica del MIT . También trabajó en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton y en el Instituto de Física Teórica de la Universidad de California en Santa Bárbara , y fue profesor visitante en NORDITA .
El Premio Nobel de 2004 que recibió Wilczek fue por la libertad asintótica, pero ha ayudado a revelar y desarrollar los axiones , los aniones , la libertad asintótica , las fases superconductoras de color de la materia de 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, que fue descubierta independientemente por H. David Politzer , fue importante para el desarrollo de la cromodinámica cuántica . Según la Real Academia de las Artes y las Ciencias de los Países Bajos , al otorgarle a Wilczek su Medalla Lorentz en 2002, [35]
Esta [libertad asintótica] es un fenómeno por el cual los bloques que forman el núcleo de un átomo –los “quarks”– se comportan como partículas libres cuando están cerca unos de otros, pero se atraen más fuertemente entre sí a medida que aumenta la distancia entre ellos. Esta teoría constituye la clave para la interpretación de casi todos los estudios experimentales que involucran a 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 un posible componente de la materia oscura fría .
En 1977, Roberto Peccei y Helen Quinn postularon una solución al problema CP fuerte, el mecanismo de Peccei-Quinn . Esto se logra añadiendo una nueva simetría global (llamada simetría de Peccei-Quinn ). Cuando esa simetría se rompe espontáneamente, se obtiene una nueva partícula, como demostraron independientemente Wilczek y Steven Weinberg . [36] [37] Wilczek denominó a esta nueva partícula hipotética "axión" en honor a una marca de detergente para ropa, [38] mientras que Weinberg la llamó "Higglet". Weinberg más tarde 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 las WIMP , también ha habido muchos intentos de detectar axiones. [40] En junio de 2020, un equipo internacional de físicos que trabajaba en Italia detectó una señal que podrían ser axiones. [41] [42]
En física , un anyon es un tipo de cuasipartícula que se da solo en sistemas bidimensionales , con propiedades mucho menos restringidas que los fermiones y los bosones . En particular, los anyones pueden tener propiedades intermedias entre los fermiones y los bosones, incluida la carga eléctrica fraccionaria. Este comportamiento de "todo vale" inspiró a Wilczek en 1982 a llamarlos "anyones". [43]
En 1977, un grupo de físicos teóricos que trabajaban en la Universidad de Oslo , dirigido por Jon Leinaas y Jan Myrheim , calculó que la división tradicional entre fermiones y bosones no se aplicaría a 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 las estadísticas fraccionarias en dos dimensiones para ayudar a explicarlo. [45]
Frank Wilczek, Dan Arovas y Robert Schrieffer analizaron el efecto Hall cuántico fraccional en 1984, demostrando que se necesitaban números para describirlo. [46] [47]
En 2020, investigadores de la Escuela Normal Superior y del Centro de Nanociencias y Nanotecnologías (C2N) informaron en Science que habían realizado una detección directa de anyones. [46] [48]
En 2012 propuso la idea de un cristal de tiempo . [49] En 2018, varios equipos de investigación informaron sobre la existencia de cristales de tiempo. [50] En 2018, él y Qing-Dong Jiang calcularon que la llamada "atmósfera cuántica" de los materiales debería teóricamente ser capaz de ser investigada utilizando tecnología existente, como sondas de diamante con centros de nitrógeno-vacante . [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 sus 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 un acceso limitado a los recursos, pero eso no les impidió trabajar para educarse. El padre de Frank era un ingeniero autodidacta y transmitió su interés por la tecnología y la ciencia a su hijo.
Dice que su premisa sobre las estructuras matemáticas llamadas grupos fue la mejor parte de su proyecto, ya que planteaba "una pregunta sensata para que alguien la hiciera en esa etapa".
"Me di cuenta de que, independientemente de los movimientos que Frank anunciaba, los jugadores hacían lo que él decía. Hacían los movimientos que él predecía. Esto sucedía incluso cuando lo que él anunciaba era diferente de lo que anunciaban los demás", recordó Devine.
El uso de la palabra "Dios" en la cultura común es muy vago. Las personas pueden querer decir cosas completamente diferentes con ella. Para mí, el hilo unificador es pensar en grande: pensar en cómo funciona el mundo, qué es, cómo llegó a existir 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 se encuentran más allá del Modelo Estándar de la 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 en las matemáticas que gobiernan la fuerza fuerte, que une a las 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 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 modificara el Modelo Estándar para permitir ese campo, implicaría la existencia de una nueva partícula, denominada axión. (Wilczek obtuvo la idea del nombre de una marca de detergente para ropa).
el físico Frank Wilczek les 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 "aniónes", 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 que el concepto de anión era útil para comprender ciertos aspectos del efecto Hall cuántico fraccionario, que describe las modificaciones que tienen lugar en la electrónica a bajas temperaturas en campos magnéticos fuertes.
La aparición de las estadísticas fraccionarias en el presente contexto recuerda mucho a las estadísticas fraccionarias introducidas por Wilczek para describir partículas cargadas ligadas 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 fraccional", en el que los electrones se unen 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, piense en el protón, que está formado por tres quarks). En 1984, un artículo seminal de dos páginas de Wilczek, Daniel Arovas y John Robert Schrieffer demostró que estas cuasipartículas tenían que ser aniones.
La existencia de los anyones, que reciben su nombre del hecho de que su comportamiento no es ni parecido al de los fermiones ni al de los bosones, fue predicha a principios de la década de 1980 por el físico teórico Frank Wilczek. Poco después, otro físico, Bert Halperin, descubrió que los anyones podían explicar ciertos aspectos del efecto Hall cuántico fraccional, que describe los cambios que tienen lugar en la electrónica a bajas temperaturas en campos magnéticos fuertes. Luego, en 1984, Dan Arovas, Bob Schrieffer y Wilczek demostraron que una teoría exitosa del efecto Hall cuántico fraccional requiere de hecho 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". Mikhail Lukin, Universidad de Harvard
