Gerard 't Hooft

Gerardus (Gerard) 't Hooft ( Holandés: [ˈɣeːrɑrt ət ˈɦoːft]; nacido el 5 de julio de 1946) es un físico teórico holandés y profesor en la Universidad de Utrecht., Los países bajos. En 1999 compartió el Premio Nobel de Física con su director de tesis Martinus J. G. Veltman "por dilucidar la estructura cuántica de las interacciones electrodébiles".

Su trabajo se concentra en la teoría de calibre, los agujeros negros, la gravedad cuántica y los aspectos fundamentales de la mecánica cuántica. Sus contribuciones a la física incluyen la prueba de que las teorías de calibre son renormalizables, la regularización dimensional y el principio holográfico.

Biografía

Vida temprana

Gerard 't Hooft nació en Den Helder el 5 de julio de 1946, pero creció en La Haya. Era el hijo mediano de una familia de tres. Proviene de una familia de eruditos. Su tío abuelo era el premio Nobel Frits Zernike y su abuela estaba casada con Pieter Nicolaas van Kampen, profesor de zoología en la Universidad de Leiden. Su tío Nico van Kampen era profesor (emérito) de física teórica en la Universidad de Utrecht y su madre se casó con un ingeniero marítimo. Siguiendo los pasos de su familia, mostró interés por la ciencia desde temprana edad. Cuando su maestra de primaria le preguntó qué quería ser cuando fuera mayor, respondió: "un hombre que lo sabe todo".

Después de la escuela primaria, Gerard asistió al Dalton Lyceum, una escuela que aplicaba las ideas del Plan Dalton, un método educativo que le convenía bien. Destacó en los cursos de ciencias y matemáticas. A los dieciséis años ganó una medalla de plata en la segunda Olimpiada Holandesa de Matemáticas.

Educación

Después de que Gerard 't Hooft aprobara sus exámenes de secundaria en 1964, se matriculó en el programa de física de la Universidad de Utrecht. Optó por Utrecht en lugar de Leiden, mucho más cercana, porque su tío era profesor allí y quería asistir a sus conferencias. Como estaba tan centrado en la ciencia, su padre insistió en que se uniera al Utrechtsch Studenten Corps, una asociación de estudiantes, con la esperanza de que pudiera hacer algo más además de estudiar. Esto funcionó hasta cierto punto; durante sus estudios fue timonel del club de remo "Triton" y organizó un congreso nacional para estudiantes de ciencias con su club de debate científico "Christiaan Huygens".

En el curso de sus estudios decidió que quería profundizar en lo que percibía como el corazón de la física teórica: las partículas elementales. A su tío le había empezado a desagradar el tema y, en particular, sus practicantes, por lo que cuando llegó el momento de escribir su doctoraalscriptie (antiguo nombre del equivalente holandés de una tesis de maestría) en 1968, & #39;t Hooft recurrió al recién nombrado profesor Martinus Veltman, que se especializó en la teoría de Yang-Mills, un tema relativamente marginal en ese momento porque se pensaba que no podían volver a normalizarse. Su tarea era estudiar la anomalía de Adler-Bell-Jackiw, un desajuste en la teoría de la desintegración de los piones neutros; Los argumentos formales prohíben la desintegración en fotones, mientras que los cálculos y experimentos prácticos demostraron que ésta era la forma primaria de desintegración. La resolución del problema era completamente desconocida en ese momento y 't Hooft no pudo proporcionarla.

En 1969, 't Hooft comenzó su investigación doctoral con Martinus Veltman como asesor. Trabajaría en el mismo tema en el que estaba trabajando Veltman, la renormalización de las teorías de Yang-Mills. En 1971 se publicó su primer artículo. En él mostró cómo renormalizar los campos de Yang-Mills sin masa y pudo derivar relaciones entre amplitudes, que serían generalizadas por Andrei Slavnov y John C. Taylor, y se conocerían como las identidades de Slavnov-Taylor.

El mundo no se dio cuenta, pero Veltman se emocionó porque vio que el problema en el que había estado trabajando estaba resuelto. Siguió un período de intensa colaboración en el que desarrollaron la técnica de regularización dimensional. Pronto estuvo listo para ser publicado el segundo artículo de 't Hooft, en el que demostraba que las teorías de Yang-Mills con campos masivos debido a la ruptura espontánea de la simetría podían renormalizarse. Este artículo les valió el reconocimiento mundial y, en última instancia, les valió a la pareja el Premio Nobel de Física de 1999.

Estos dos artículos formaron la base de la disertación de 't Hooft, El procedimiento de renormalización para los campos Yang-Mills, y obtuvo su doctorado en 1972. En el mismo Al año siguiente se casó con su esposa, Albertha A. Schik, estudiante de medicina en Utrecht.

Carrera

Después de obtener su doctorado, t Hooft fue al CERN en Ginebra, donde obtuvo una beca. Refinó aún más sus métodos para las teorías de Yang-Mills con Veltman (quien regresó a Ginebra). En este tiempo se interesó en la posibilidad de que la interacción fuerte pudiera describirse como una teoría de Yang-Mills sin masa, es decir, una de un tipo que acababa de demostrar que era renormalizable y, por tanto, susceptible de cálculos detallados y comparación con experimentos.

Según los cálculos de 't Hooft, este tipo de teoría poseía exactamente el tipo correcto de propiedades de escala (libertad asintótica) que esta teoría debería tener según experimentos de dispersión inelástica profunda. Esto era contrario a la percepción popular de las teorías de Yang-Mills en ese momento, de que, al igual que la gravitación y la electrodinámica, su intensidad debería disminuir al aumentar la distancia entre las partículas que interactúan; Tal comportamiento convencional con la distancia no pudo explicar los resultados de la dispersión inelástica profunda, mientras que los cálculos de 't Hooft' sí pudieron.

Cuando 't Hooft mencionó sus resultados en una pequeña conferencia en Marsella en 1972, Kurt Symanzik lo instó a publicar este resultado; pero Hooft no lo hizo, y el resultado fue finalmente redescubierto y publicado por Hugh David Politzer, David Gross y Frank Wilczek en 1973, lo que les llevó a ganar el Premio Nobel de Física de 2004.

En 1974, 't Hooft regresó a Utrecht, donde se convirtió en profesor asistente. En 1976, fue invitado a ocupar un puesto como invitado en Stanford y un puesto en Harvard como profesor Morris Loeb. Su hija mayor, Saskia Anne, nació en Boston, mientras que su segunda hija, Ellen Marga, nació en 1978 después de su regreso a Utrecht, donde fue nombrado profesor titular. En el año académico 1987-1988, t Hooft pasó un año sabático en el Departamento de Física de la Universidad de Boston junto con Howard Georgi, Robert Jaffe y otros, organizado por el entonces nuevo director del departamento, Lawrence Sulak.

En 2007, 't Hooft se convirtió en editor en jefe de Foundations of Physics, donde buscó distanciar la revista de la controversia de la teoría ECE. 't Hooft ocupó el cargo hasta 2016.

El 1 de julio de 2011 fue nombrado profesor distinguido por la Universidad de Utrecht.

Vida personal

Está casado con Albertha Schik (Betteke) y tiene dos hijas.

Honores

En 1999, 't Hooft compartió el Premio Nobel de Física con su director de tesis Veltman por "aclarar la estructura cuántica de las interacciones electrodébiles en física". Antes de ese momento su trabajo ya había sido reconocido con otros premios destacados. En 1981 recibió el Premio Wolf, posiblemente el premio más prestigioso en física después del Premio Nobel. Cinco años más tarde recibió la Medalla Lorentz, que se otorga cada cuatro años en reconocimiento a las contribuciones más importantes en física teórica. En 1995, fue uno de los primeros en recibir el Spinozapremie, el premio más alto que pueden recibir los científicos en los Países Bajos. Ese mismo año también fue honrado con la Medalla Franklin. En 2000, 't Hooft recibió el premio Golden Plate de la American Academy of Achievement.

Desde su Premio Nobel, 't Hooft ha recibido una gran cantidad de premios, doctorados honorarios y cátedras honorarias. Fue nombrado caballero comandante de la Orden del León Holandés y oficial de la Legión de Honor francesa. El asteroide 9491 Thooft recibió su nombre y él redactó una constitución para sus futuros habitantes.

Es miembro de la Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos (KNAW) desde 1982, donde fue nombrado profesor de la academia en 2003. También es miembro extranjero de muchas otras academias de ciencias, incluida la Academia de Ciencias de Francia, la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos, la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias y el Instituto de Física con sede en Gran Bretaña e Irlanda.

't Hooft apareció en la temporada 3 de Through the Wormhole con Morgan Freeman.

Investigación

El interés de investigación de "t Hooft" se puede dividir en tres direcciones principales: "teorías de calibre en física de partículas elementales", "gravedad cuántica y agujeros negros", y 'aspectos fundamentales de la mecánica cuántica'.

Teorías de calibre en física de partículas elementales

't Hooft es más famoso por sus contribuciones al desarrollo de teorías de calibre en física de partículas. La más conocida de ellas es la prueba contenida en su tesis doctoral de que las teorías de Yang-Mills son renormalizables, por la que compartió el Premio Nobel de Física de 1999. Para esta prueba introdujo (con su asesor Veltman) la técnica de regularización dimensional.

Después de su doctorado, se interesó en el papel de las teorías de calibre en la interacción fuerte, cuya teoría principal se llama cromodinámica cuántica o QCD. Gran parte de su investigación se centró en el problema del confinamiento del color en QCD, es decir, el hecho observacional de que sólo se observan partículas de color neutro a bajas energías. Esto lo llevó al descubrimiento de que las teorías de calibre SU(N) se simplifican en el límite grande de N, un hecho que ha resultado importante en el examen de la correspondencia conjeturada entre las teorías de cuerdas en un espacio Anti-de Sitter y las teorías de campo conformes en un espacio inferior. dimensión. Al resolver la teoría en una dimensión espacial y temporal, 't Hooft pudo derivar una fórmula para las masas de los mesones.

También estudió el papel de las llamadas contribuciones instantáneas en QCD. Su cálculo mostró que estas contribuciones conducen a una interacción entre quarks ligeros de bajas energías que no está presente en la teoría normal. Al estudiar las soluciones instantáneas de las teorías de Yang-Mills, 't Hooft descubrió que romper espontáneamente una teoría con simetría SU (N) en una simetría U (1) conduciría a la existencia de monopolos magnéticos. Estos monopolos se denominan monopolos 't Hooft-Polyakov, en honor a Alexander Polyakov, quien de forma independiente obtuvo el mismo resultado.

Como otra pieza del rompecabezas del confinamiento del color, 't Hooft presentó los bucles t Hooft, que son el dual magnético de los bucles Wilson. Utilizando estos operadores pudo clasificar diferentes fases de QCD, que forman la base del diagrama de fases de QCD.

En 1986, finalmente pudo demostrar que las contribuciones instantáneas resuelven la anomalía de Adler-Bell-Jackiw, el tema de su tesis de maestría.

Gravedad cuántica y agujeros negros

Cuando Veltman y 't Hooft se mudaron al CERN después de que 't Hooft obtuviera su doctorado, la atención de Veltman se centró en la posibilidad de utilizar sus técnicas de regularización dimensional para resolver el problema de cuantificar la gravedad. Aunque se sabía que la gravedad cuántica perturbativa no era completamente renormalizable, sintieron que se debían aprender lecciones importantes estudiando la renormalización formal de la teoría orden por orden. Este trabajo sería continuado por Stanley Deser y otro estudiante de doctorado de Veltman, Peter van Nieuwenhuizen, quienes más tarde encontraron patrones en los contratérminos de renormalización, lo que condujo al descubrimiento de la supergravedad.

En la década de 1980, la atención de 't Hooft se centró en el tema de la gravedad en 3 dimensiones del espacio-tiempo. Junto con Deser y Jackiw, publicó un artículo en 1984 que describe la dinámica del espacio plano donde los únicos grados de libertad locales eran la propagación de defectos puntuales. Su atención volvió a este modelo en varios momentos, mostrando que los pares de Gott no causarían causalidad violando los bucles temporales y mostrando cómo se podría cuantificar el modelo. Más recientemente, propuso generalizar este modelo de gravedad plano por partes a 4 dimensiones del espacio-tiempo.

Con el descubrimiento de Stephen Hawking de la radiación de los agujeros negros, parecía que la evaporación de estos objetos violaba una propiedad fundamental de la mecánica cuántica, la unitaridad. 't Hooft se negó a aceptar este problema, conocido como la paradoja de la información del agujero negro, y asumió que debía ser el resultado del tratamiento semiclásico de Hawking, y que no debería aparecer en una teoría completa de la gravedad cuántica.. Propuso que tal vez fuera posible estudiar algunas de las propiedades de tal teoría, suponiendo que fuera unitaria.

Utilizando este enfoque, ha argumentado que cerca de un agujero negro, los campos cuánticos podrían describirse mediante una teoría en una dimensión inferior. Esto llevó a que él y Leonard Susskind introdujeran el principio holográfico.

Aspectos fundamentales de la mecánica cuántica

't Hooft tiene "opiniones divergentes sobre la interpretación física de la teoría cuántica". Él cree que podría haber una explicación determinista detrás de la mecánica cuántica. Utilizando un modelo especulativo, ha argumentado que tal teoría podría evitar los habituales argumentos de desigualdad de Bell que rechazarían tal teoría de variables ocultas locales. En 2016 publicó un libro en el que expone sus ideas que, según 't Hooft, ha suscitado reacciones encontradas.

Publicaciones populares

• 't Hooft, Gerard (2008). Jugar con los planetas. doi:10.1142/6702. ISBN 978-981-279-307-2.
• 't Hooft, Gerard (1996). En la búsqueda de los bloques de construcción últimos. doi:10.1017/CBO9781107340855. ISBN 9780521550833.
• 't Hooft, Gerard (2014). Tiempo en Poderes de Diez. doi:10.1142/8786. ISBN 978-981-4489-80-5.

Publicaciones académicas

• 't Hooft, Gerard (2016). The Cellular Automaton Interpretation of Quantum Mechanics (Fundamental Theories of Physics, 185). Teorías Fundamentales de Física. Vol. 185. doi:10.1007/978-319-41285-6. ISBN 978-319-41284-9. S2CID 7779840.