Эрнст Штюккельберг: Жизнь и вклад в физику XX века

Введение

Швейцарский математик и физик, физик Эрнст Карл Герлах Штукельберг (крещённый как Иоганн Мельхиор Эрнст Карл Герлах Штукельберг, полное имя после 1911 года: Барон Эрнст Карл Герлах Штукельберг фон Брейденбах-цу-Брейденштейн и Мелсбах; 1 февраля 1905 – 4 сентября 1984) был швейцарским математиком и физиком, считающимся одним из наиболее выдающихся физиков XX века. Несмотря на ключевые достижения в теоретической физике, включая модель обмена частицами для описания фундаментальных взаимодействий, теорию причинной S-матрицы и группу перенормировки, его своеобразный стиль и публикации в малоизвестных журналах привели к тому, что его работы не получили широкого признания до середины 1990-х годов.

Ранние годы

Родился в 1905 году в Базеле в семье, принадлежавшей к полуаристократическому сословию. Его отец был юристом, а дед по отцовской линии – известным швейцарским художником. Будучи очень способным учеником, Стукельберг в 1923 году начал обучение на физическом факультете Базельского университета.

Карьера

Будучи ещё студентом, Стукельберг был приглашён выдающимся квантовым теоретиком Арнольдом Зоммерфельдом посетить его лекции в Мюнхенском университете. В 1927 году он получил степень доктора философии по физике катода. Позже в том же году он поступил в Принстонский университет, став ассистент-профессором в 1930 году. В 1931 году он был избран членом Американского физического общества. В 1932 году он вернулся в Швейцарию, работая сначала в Базельском университете, а в следующем году перешёл в Цюрихский университет. В 1934 году он вновь переехал в Женевский университет, который вместе с Лозаннским университетом стал его основной базой на всю оставшуюся карьеру. Пребывание Стукельберга в Цюрихе привело к контакту с ведущими квантовыми теоретиками Вольфгангом Паули и Грегором Вентцелем, что, в свою очередь, побудило его сосредоточиться на развивающейся теории элементарных частиц. В 1934 году он разработал полностью лоренц-инвариантную теорию возмущений для квантовых полей. Предложенный Стукельбергом подход был очень эффективным, но не был принят другими в то время и сейчас практически забыт. Однако, помимо явной ковариантности, методы Стукельберга позволяют избежать вакуумных пузырей. В 1935 году Стукельберг разработал модель обмена векторными бозонами как теоретическое объяснение сильного ядерного взаимодействия. Однако обсуждения с Паули привели к тому, что Стукельберг отказался от этой идеи. Она была вновь открыта Хидеки Юкавой, который получил Нобелевскую премию по физике за свою работу в 1949 году — первую из нескольких Нобелевских премий, присуждённых за работы, в которые Стукельберг внес вклад, но не был удостоен признания. В 1938 году Стукельберг обнаружил, что массивная электродинамика содержит скрытый скаляр, и сформулировал аффинную версию того, что впоследствии стало известно как механизм Абеля — Хиггса. Он также предложил закон сохранения барионного числа. Теория эволюционных параметров, представленная им в 1941 и 1942 годах, является основой для современных работ в области релятивистской динамики. В 1941 году он предложил интерпретацию позитрона как положительно заряженного электрона, движущегося назад во времени. В 1943 году он разработал программу перенормировки для решения проблем бесконечностей в квантовой электродинамике (КЭД), но его статья была отклонена журналом Physical Review. В 1952 году он доказал принцип полудетального баланса для кинетики без микроскопической обратимости. В 1953 году он и математик Андре Петерман открыли группу перенормировки. Среди его аспирантов был Марсель Генин.

While still a student, Stueckelberg was invited by the distinguished quantum theorist Arnold Sommerfeld, to attend his lectures at the University of Munich. He went on to gain a Ph. D. on cathode physics in 1927. Later that year he went to Princeton University, becoming an assistant professor in 1930. He was elected a Fellow of the American Physical Society in 1931. He returned to Switzerland in 1932, working first at the University of Basel before switching the following year to the University of Zurich. In 1934 he moved again to the University of Geneva, which together with the University of Lausanne became his principal bases for the rest of his career. Stueckelberg's sojourn in Zurich led to contact with leading quantum theorists Wolfgang Pauli and Gregor Wentzel, which in turn led him to focus on the emerging theory of elementary particles. In 1934 he devised a fully Lorentz covariant perturbation theory for quantum fields. The approach proposed by Stueckelberg was very powerful, but was not adopted by others at the time, and has now been all but forgotten. However, besides being explicitly covariant, Stueckelberg's methods avoid vacuum bubbles. Stueckelberg developed the vector boson exchange force model as the theoretical explanation of the strong nuclear force in 1935. Discussions with Pauli led Stueckelberg to drop the idea, however. It was rediscovered by Hideki Yukawa, who won a Nobel Prize in Physics for his work in 1949 — the first of several Nobel Prizes awarded for work which Stueckelberg contributed to, without recognition. In 1938 Stueckelberg recognized that massive electrodynamics contains a hidden scalar, and formulated an affine version of what would become known as the Abelian Higgs mechanism. He also proposed the law of conservation of baryon number. The evolution parameter theory he presented in 1941 and 1942 is the basis for recent work in relativistic dynamics. In 1941 he proposed the interpretation of the positron as a positive energy electron traveling backward in time. In 1943 he came up with a renormalization program to attack the problems of infinities in quantum electrodynamics (QED), but his paper was rejected by the Physical Review. In 1952 he proved the principle of semi detailed balance for kinetics without microscopic reversibility. In 1953 he and the mathematician André Petermann discovered the renormalization group. His PhD students included Marcel Guénin.

Награды и почести

В 1976 году он был удостоен медали Макса Планка. Штюкельберг похоронен на кладбище Королей, которое считается Женевским пантеоном. В 2017 году Европейское физическое общество объявило здание Бастионы Женевского университета историческим местом EPS в знак признания научных достижений, сделанных Штюкельбергом и Шарлем Эженом Гюем в этом здании. Улица Рут-Штюкельберг названа в его честь в ЦЕРН, Превессин, Франция.