Alan Guth

Alan Harvey Guth (nacido el 27 de febrero de 1947) es un físico teórico y cosmólogo estadounidense. Junto con Alexei Starobinsky y Andrei Linde, ganó el Premio Kavli 2014 "por ser pionero en la teoría de la inflación cósmica". La investigación de Guth se centra en la teoría de partículas elementales y en cómo la teoría de partículas es aplicable al universo primitivo. Es profesor de Física Victor Weisskopf en el Instituto Tecnológico de Massachusetts.

He graduated from MIT in 1968 in physics and stayed to receive a master 's and a doctorate, also in physics.

Como joven físico de partículas, Guth desarrolló la idea de la inflación cósmica en 1979 en Cornell y dio su primer seminario sobre el tema en enero de 1980. Pasando al Grupo Teórico SLAC de la Universidad de Stanford, Guth propuso formalmente la idea de la inflación cósmica. en 1981, la idea de que el universo naciente pasaba por una fase de expansión exponencial impulsada por una densidad de energía de vacío positiva (presión de vacío negativa). Los resultados de la misión WMAP en 2006 hicieron que los argumentos a favor de la inflación cósmica fueran muy convincentes.

Vida temprana y educación

Guth nació en una familia judía en New Brunswick, Nueva Jersey, en 1947 y creció al otro lado del río Raritan en Highland Park, donde asistió a las escuelas públicas locales. Después de su tercer año en Highland Park High School, dejó la escuela y se matriculó en un programa de cinco años en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, donde pudo obtener su licenciatura y maestría después de dos años más. Guth obtuvo una licenciatura y una maestría en 1969 y un doctorado en 1972. En 1971, se casó con Susan Tisch, su novia de la secundaria. Tienen dos hijos: Lawrence (nacido en 1977) y Jennifer (nacida en 1983).

Guth estuvo en Princeton de 1971 a 1974, en Columbia de 1974 a 1977, en Cornell de 1977 a 1979 y en el Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) de 1979 a 1980. Como muchos otros físicos jóvenes de la era del baby boom, tuvo dificultades encontrar un trabajo permanente, porque había muchas menos cátedras asistentes que científicos jóvenes que buscaban esos trabajos, un fenómeno que se ha denominado la "generación de académicos perdidos".

Al comienzo de su carrera, Guth estudió física de partículas, no cosmología física. El primer trabajo de Guth en Princeton fue el estudio de los quarks, las partículas elementales que forman los protones y los neutrones. En Columbia, Guth estudió las teorías de la gran unificación (GUT), centrándose en las transiciones de fase cosmológica generadas por la ruptura espontánea de la simetría. La mayoría de los GUT predicen la generación de monopolos magnéticos durante la ruptura espontánea de la simetría, pero nunca se había detectado ninguno: el problema de los monopolos.

Carrera

Teoría inflacionaria

El primer paso de Guth para desarrollar su teoría de la inflación se produjo en Cornell en 1978, cuando asistió a una conferencia de Robert Dicke sobre el problema de la planitud del universo. Dicke explicó cómo el problema de la planitud demostraba que en aquel momento faltaba algo significativo en la teoría del Big Bang. El destino del universo dependía de su densidad. Si la densidad del universo fuera lo suficientemente grande, colapsaría en una singularidad, y si la densidad real de la materia en el cosmos fuera menor que la densidad crítica, el universo se haría cada vez más grande.

La siguiente parte en el camino de Guth llegó cuando escuchó una conferencia de Steven Weinberg a principios de 1979. Weinberg habló en dos conferencias sobre la Gran Teoría Unificada (GUT) que se había desarrollado desde 1974, y cómo podría Explica la enorme cantidad de materia que hay en el universo en comparación con la cantidad de antimateria. El GUT explicó todas las fuerzas fundamentales conocidas en la ciencia excepto la gravedad. Estableció que en condiciones de mucho calor, como las posteriores al Big Bang, el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte y la fuerza nuclear débil se unían para formar una sola fuerza. Weinberg también fue quien enfatizó la idea de que el universo pasa por transiciones de fase, similares a las fases de la materia, al pasar de alta energía a baja energía. La discusión de Weinberg sobre por qué la materia es tan dominante sobre la antimateria le mostró a Guth cómo se podían obtener cálculos precisos sobre las partículas estudiando los primeros segundos del universo.

Guth decidió resolver este problema sugiriendo un sobreenfriamiento durante una transición de fase retrasada. Esto parecía muy prometedor para resolver el problema del monopolo magnético. Cuando a Guth y su colaborador Henry Tye se les ocurrió esto, Guth había estado en el Centro del Acelerador Lineal de Stanford (SLAC) durante un año. Tye sugirió que comprobaran que la expansión del universo no se vería afectada por el sobreenfriamiento. El estado sobreenfriado es un falso vacío: es un vacío en el sentido de que es el estado de la menor densidad de energía posible; es "falso" ya que su estado no es permanente. Los falsos vacíos decaen, y Guth descubrió que la desintegración del falso vacío al comienzo del universo produciría una expansión exponencial del espacio. Esto resolvió el problema del monopolo, ya que la expansión reduce proporcionalmente la densidad del monopolo.

Guth se dio cuenta a partir de su teoría de que la razón por la que el universo parece ser plano era que se había ampliado a un tamaño tan abrumador en comparación con su tamaño original. La perspectiva es análoga a la aparente planitud de la Tierra, a escala humana, vista desde su superficie. El universo observable era en realidad sólo una parte muy pequeña del universo real. La teoría tradicional del Big Bang encontró que los valores de omega cercanos a 1 eran desconcertantes, porque cualquier desviación de 1 rápidamente se volvería mucho, mucho mayor. En la teoría de la inflación, no importa dónde comience omega, se acercaría a 1 debido a la escala de expansión del universo. De hecho, una predicción importante de la teoría inflacionaria es que se encontrará que omega es precisamente 1.

Dos semanas más tarde, Guth escuchó a sus colegas discutir algo llamado el problema del horizonte. La radiación de fondo de microondas descubierta por Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson parecía extremadamente uniforme, casi sin variación. Esto parecía muy paradójico porque cuando se liberó la radiación unos 300.000 años después del Big Bang, el universo observable tenía un diámetro de 90 millones de años luz. No hubo tiempo para que un extremo del cosmos se comunicara con el otro extremo, porque la energía no puede moverse más rápido que la velocidad de la luz. La paradoja se resolvió, como pronto se dio cuenta Guth, mediante la teoría de la inflación. Dado que la inflación comenzó con una cantidad de materia mucho menor de la que había supuesto el Big Bang, una cantidad tan pequeña que todas las partes habrían estado en contacto entre sí. Luego, el universo se infló a un ritmo correspondiente a mil millones de veces la velocidad de la luz, y la homogeneidad permaneció intacta. El universo después de la inflación habría sido muy uniforme, aunque sus partes ya no pudieran influirse entre sí.

Guth hizo públicas por primera vez sus ideas sobre la inflación en un seminario en SLAC en enero de 1980. Ignoró los monopolos magnéticos porque estaban basados en suposiciones de GUT, lo cual estaba fuera del alcance del discurso. En agosto de 1980 presentó su artículo titulado "Universo inflacionario: una posible solución a los problemas de horizonte y planitud". a la revista Physical Review. En este artículo, Guth postuló que la inflación del universo podría explicarse si el universo se sobreenfriara 28 órdenes de magnitud por debajo de las temperaturas críticas requeridas para un cambio de fase.

En diciembre de 1981, Guth leyó un artículo del físico moscovita Andrei Linde que decía que todo el universo está dentro de una sola burbuja, por lo que nada se destruye por colisiones entre paredes. Se llegó a esta conclusión utilizando un campo de Higgs con un gráfico de energía propuesto originalmente por Sidney Coleman y Erick Weinberg. Guth discutió esto con Linde, quien había estado trabajando de forma independiente en la inflación de burbujas, pero sin considerar el problema de la planitud. Linde y Guth finalmente intercambiaron artículos sobre el tema.

En 1983, Guth había publicado un artículo que describía cómo su escenario de universo superenfriado no era ideal, ya que el "mecanismo desencadenante" salir de ese estado requeriría un "ajuste extremo de los parámetros" y sintió que se necesitaba una solución más natural. Sin embargo, esto no le impidió creer que el universo se expandió exponencialmente en el vacío en sus inicios.

Intereses actuales

En el pasado, Guth ha estudiado la teoría del calibre de red, los monopolos magnéticos y los instantones, las máquinas del tiempo de Gott y una serie de otros temas de física teórica. Gran parte del trabajo actual de Guth incluye la extrapolación de las fluctuaciones de densidad que surgen de varias versiones de la inflación, para contrastarlas con las observaciones, y la investigación de la inflación en el "mundo de las branas". modelos.

Es profesor de Física Victor F. Weisskopf en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). Ha escrito más de 60 artículos técnicos relacionados con los efectos de la inflación y sus interacciones con la física de partículas.

Honores y premios

Guth ha ganado numerosos premios y medallas, incluida la Medalla del Centro Internacional de Física Teórica de Trieste, Italia, con Andrei Linde y Paul Steinhardt y la Medalla Eddington en 1996, y la Medalla Isaac Newton de 2009, otorgada por los británicos. Instituto de Física.

En julio de 2012, recibió por primera vez el Premio Breakthrough en Física Fundamental, creación del físico y empresario de Internet Yuri Milner.

En 2014, recibió conjuntamente el Premio Kavli otorgado por la Academia Noruega de Ciencias y Letras, junto con Andrei Linde de la Universidad de Stanford y Alexei Starobinsky del Instituto Landau de Física Teórica, "por pionero en la teoría de la inflación cósmica." Ese mismo año, Guth recibió el premio Golden Plate de la American Academy of Achievement.

En 2005, Guth ganó el premio a la oficina más desordenada de Boston, organizado por The Boston Globe. Lo inscribieron colegas que esperaban que le avergonzaran y tuviera que ordenar, pero Guth está muy orgulloso del premio.

Publicaciones

• Guth, Alan (1997). El Universo Inflacionario: La búsqueda de una nueva teoría de los orígenes cósmicos. Libros Perseo. ISBN 0201328402.
• Guth, Alan (Fall 2002). "Inflación y Nueva Era de Cosmología de Alta Precisión" (PDF). física@mit. MIT Departamento de Física.