El Instituto de Física Racah ( hebreo : מכון רקח לפיסיקה ) es un instituto de la Universidad Hebrea de Jerusalén , parte de la facultad de Matemáticas y Ciencias Naturales en el campus Edmund J. Safra en el barrio Givat Ram de Jerusalén . [1]
El instituto es el centro de toda la investigación y enseñanza en los diversos campos de la física en la Universidad Hebrea. Entre ellas se incluyen la astrofísica , la física de altas energías , la física cuántica , la física nuclear , la física del estado sólido , la física del láser y del plasma , la biofísica , la física estadística y no lineal , y la nanofísica . En estos campos se llevan a cabo investigaciones tanto experimentales como teóricas.
En 1913, antes de la apertura de la Universidad Hebrea, Chaim Weizmann dio los primeros pasos hacia la investigación en física en Jerusalén . Weizmann, presidente de la Organización Sionista y figura principal en la planificación y fundación de la Universidad Hebrea, se puso en contacto con Leonard Ornstein , el conocido físico de Utrecht , Países Bajos, para preparar planes para la investigación en física en la próxima universidad. Después de la inauguración oficial de la universidad, se convirtió durante varios años en presidente del grupo de física, actuando desde su sede en Utrecht. En el año 1923, dos años antes de su inauguración oficial, Albert Einstein dio una charla en el Monte Scopus , el primer campus de la universidad, sobre su teoría de la relatividad . Esta charla fue considerada por muchos como la charla de apertura de la Universidad Hebrea. [2] [3] Einstein, que apoyó activamente la fundación y el desarrollo de la Universidad Hebrea en Jerusalén desde 1919 y durante toda su vida, fue particularmente activo en ayudar a establecer un buen instituto de física. El conocido matemático Abraham Fraenkel , que estaba en la junta directiva y luego fue decano y rector de la universidad, invirtió grandes esfuerzos en buscar un físico excelente para ocupar la cátedra de física teórica en Jerusalén. Mantuvo una extensa correspondencia con Einstein sobre este asunto, buscando consejo sobre los distintos candidatos posibles. [4]
El primer físico experimental designado (en 1928) fue Shmuel Sambursky . Realizó sus experimentos en espectroscopia atómica durante sus visitas al laboratorio de Ornstein en Utrecht. Sus funciones docentes consistieron en los cursos de física experimental clásica. En años posteriores se convirtió en un conocido historiador de la física. En 1933, Ernst Alexander se unió al departamento de física experimental y, un año más tarde, Guenther Wolfson. Ambos tuvieron que dejar sus puestos en Alemania debido a las nuevas leyes raciales, a pesar de ser físicos experimentales muy apreciados allí. Ambos contribuyeron sustancialmente a la creación de una infraestructura experimental para la investigación física en Jerusalén. En 1934, el ya conocido físico nuclear George Placzek aceptó un puesto en el departamento. Después de unos meses en Jerusalén, abandonó el país por falta de las instalaciones experimentales que consideraba necesarias para sus investigaciones.
Durante los años 1935-1938, a varios grandes físicos se les ofreció la cátedra de física teórica. Felix Bloch , Eugene Wigner y Fritz London consideraron seriamente la oferta, cada uno por su vez, después de haber tenido que dejar sus puestos en Europa. Todos declinaron después de largas negociaciones por diferentes razones personales. Finalmente fue designado Giulio (Yoel) Racah , un joven profesor de Pisa, Italia. Fue altamente recomendado por su maestro y mentor Enrico Fermi , así como por Wolfgang Pauli , Niels Bohr y otros. Como sionista, estaba decidido a venir a enseñar en hebreo a Jerusalén. Convirtió el departamento de física teórica de Jerusalén en un centro mundial de espectroscopia atómica. Murió en un accidente en 1965, a la edad de 56 años. Cinco años más tarde, en 1970, los departamentos de física experimental y teórica se unieron en un nuevo instituto que lleva el nombre de Racah.
En una serie de artículos innovadores, Racah desarrolló métodos matemáticos, que ahora son métodos de libro de texto, para el cálculo de los espectros de átomos complejos. Este trabajo se llevó a cabo en Jerusalén en completo aislamiento científico durante los años de la Segunda Guerra Mundial. En este trabajo fue pionero en el uso de simetrías y teoría de grupos para estos cálculos. La espectroscopia atómica teórica también fue el tema de la mayoría de sus estudiantes y visitantes. Sin embargo, algunos de sus mejores estudiantes comenzaron a aplicar sus elaborados métodos a la joven ciencia de la espectroscopia nuclear . En Jerusalén, Nissan Zeldes, que se convirtió en el experto mundial en la teoría de las masas nucleares, y Gideon Rakavy. Dos de los estudiantes de Racah, Amos de-Shalit e Igal Talmi , se convirtieron en líderes mundiales en espectroscopia nuclear teórica. Fundaron el departamento de física nuclear en el Instituto Weizmann de Rehovot . Como se mencionó, la física experimental se llevó a cabo desde finales de la década de 1920, primero por Sambursky en espectroscopia atómica y luego por Alexander y Wolfson en espectroscopia de rayos X , cristalografía y óptica . En 1950 William Low (Ze'ev Lev), que fue alumno de Charles Townes en Estados Unidos, se unió a la física experimental. Inició nuevos campos de investigación en Jerusalén. Comenzó a trabajar con microondas y luego instaló un laboratorio para la investigación de resonancia magnética. También fue pionero en criogenia y física láser en Jerusalén. Siguió la resonancia magnética nuclear, incluida su aplicación médica. Abraham Halperin y Abraham Many, dos de los primeros graduados de Racah, iniciaron nuevas direcciones de investigación en la física del estado sólido. Hicieron investigaciones experimentales sobre las propiedades ópticas y eléctricas de aislantes y semiconductores, así como sobre las propiedades superficiales de los sólidos. Estos campos de investigación apenas comenzaban a prosperar junto con el nacimiento del transistor. Una incorporación importante al grupo experimental fue Solly G. Cohen de Inglaterra. Se unió a la física en 1949 y se convirtió en el primer experimentador nuclear que midió radionucleidos de vida muy larga, así como estados nucleares de vida extremadamente corta. A principios de los años sesenta, sus intereses se centraron en el recién descubierto efecto Mossbauer y fundó un grupo de investigación que convirtió a Jerusalén en un centro mundial en este campo.
Muchos graduados del Instituto Racah (y los departamentos de física que lo precedieron) se convirtieron en profesores y científicos destacados (incluido un premio Nobel ) en Israel y en todo el mundo. Durante su existencia, el Instituto recibió visitas de muchos físicos importantes de todo el mundo. Niels Bohr, Paul Dirac , Wolfgang Pauli, Robert Oppenheimer , John Wheeler y Stephen Hawking , por mencionar sólo algunos. Entre los visitantes se encontraban todos los ganadores del Premio Wolf y un gran número de premios Nobel. [5]
La investigación actual en el Instituto Racah cubre los campos de la astrofísica, la física de altas energías, la física nuclear, la física de la materia condensada, la física estadística, la física no lineal, la biofísica, la óptica cuántica, la información cuántica y la neurociencia computacional.
La física de la materia condensada en el Instituto Racah contiene un fuerte esfuerzo teórico y experimental. La mayoría de las investigaciones se realizan dentro del amplio campo de la física de muchos cuerpos, con especial énfasis en los fenómenos de desequilibrio, los efectos de la decoherencia y la disipación, el estudio de sistemas de baja dimensión y sistemas vítreos, por nombrar sólo algunos temas. Otra dirección de investigación incluye la física estadística aplicada, por ejemplo, a los sistemas de reacción y difusión, especialmente en los casos en los que las fluctuaciones tienen un efecto importante.
Dentro del ámbito de la teoría, los métodos que se emplean van desde diversos métodos teóricos de campo, tanto exactos como perturbativos, hasta métodos numéricos y métodos exactos basados en la teoría de la integrabilidad clásica y cuántica. Estos conceptos y métodos se aplican a una variedad de sistemas físicos, como problemas de impurezas cuánticas (realizados, por ejemplo, en puntos cuánticos), el efecto Hall cuántico fraccionario, gases fermiónicos unidimensionales, transiciones de Anderson y superconductividad, incluidos aspectos especiales relacionados. a la superconductividad de alta Tc .
En el ámbito experimental, aprovechando las instalaciones del centro de nanociencia y nanotecnología Harvey M. Krueger , los investigadores aplican modernas técnicas de medición y fabricación para estudiar la física de las nanoestructuras, su aplicación al procesamiento de información cuántica y la interacción de la luz y la materia. , superconductividad de alta Tc y la física de los vidrios electrónicos. Más concretamente, y resumiendo sólo algunas de las direcciones de investigación, los investigadores estudian los fluidos excitónicos en nanoestructuras semiconductoras con miras tanto a una mejor comprensión física de sus propiedades macroscópicas de coherencia cuántica como a posibles aplicaciones futuras en dispositivos electroópticos. Se están estudiando las uniones de Josephson para exponer y optimizar las condiciones que permiten una coherencia cuántica macroscópica de larga duración y para aclarar los procesos que conducen al ruido y la decoherencia. Se están estudiando los vidrios electrónicos para comprender los mecanismos subyacentes que conducen a sus propiedades peculiares, específicamente la interacción de interacciones, desorden y desequilibrio, así como cómo se manifiestan en las propiedades de transporte.
La investigación en Física de Altas Energías (HEP) incluye tanto la teoría HEP como la fenomenología de partículas.
Una de las actividades actuales del grupo de Física de Altas Energías del Instituto de Física de Racah involucra las leyes fundamentales de la naturaleza , abordando tanto la Teoría Cuántica de Campos como la Relatividad General (la gravedad de Einstein), junto con la geometría y las matemáticas que las sustentan. La evaluación de los diagramas de Feynman se encuentra en el núcleo computacional de la teoría cuántica de campos; sin embargo, a pesar de los considerables avances a lo largo de más de 70 años, no se dispone de una teoría general y completa. La investigación en el grupo aborda este tema. Esta línea de investigación surgió de un enfoque para resolver el problema de los dos cuerpos en la gravedad de Einstein en el límite post-newtoniano a través de una teoría de campo efectivo (clásica) , un problema que es esencial para la detección o interpretación de ondas gravitacionales . En este enfoque se utilizan diagramas de Feynman para calcular la acción efectiva de dos cuerpos.
Una segunda área de investigación se centra en la física más allá del modelo estándar de las interacciones electrodébiles y fuertes. Los ejemplos incluyen modelos de ruptura de supersimetría y su mediación en extensiones supersimétricas del modelo estándar, con énfasis en modelos cuyas propiedades pueden permitir un descubrimiento relativamente temprano en el Gran Colisionador de Hadrones del CERN, modelos de dimensiones adicionales y sus firmas potenciales en el LHC. y futuros colisionadores, así como su integración en la teoría de cuerdas, la dinámica de las teorías supersimétricas y la ruptura de la supersimetría, la interacción entre la teoría de calibre y su integración en las construcciones de branas en la teoría de cuerdas, la física de los agujeros negros y el universo temprano en la teoría de cuerdas. y su interacción con la dinámica de branas y la teoría de calibre, por ejemplo, a través de la correspondencia Anti-de-Sitter/Teoría de campos conformal , así como varios aspectos de la estructura subyacente de la teoría de cuerdas.
Una tercera área de investigación aborda el entrelazamiento cuántico en la teoría cuántica de campos .
El grupo de Física No Lineal y Estadística realiza amplios estudios teóricos y experimentales, intentando comprender el comportamiento de sistemas complejos en desequilibrio. Los temas son diversos y abarcan desde plasma , láser y física atómica hasta física de materiales y biofísica . Las áreas de investigación específicas incluyen la física fundamental de la fractura y el movimiento de fricción, la elasticidad de los objetos en crecimiento, la teoría de grandes fluctuaciones en sistemas alejados del equilibrio, la teoría y aplicaciones de la autoronancia, la física estadística del desequilibrio de la formación de pulsos láser ultracortos y la teoría semiclásica de la cavidad de paquetes de ondas. /circuito de electrodinámica cuántica y física del átomo frío.
La información cuántica se investiga tanto experimental como teóricamente en el instituto Racah. Las implementaciones experimentales incluyen realizaciones atómicas, fotónicas, semiconductoras y superconductoras. Se persigue activamente el entrelazamiento y la producción de fotones individuales. Desde el punto de vista teórico, se investigan cuestiones fundamentales del entrelazamiento y su caracterización. Otro tema de investigación es la teoría del control dinámico de trampas de iones y vacantes de nitrógeno en Diamante.