Введение
Американский физик и лауреат Нобелевской премии (род. 1951)
Фрэнк Энтони Вилчек (Frank Anthony Wilczek; род. 15 мая 1951) – американский физик-теоретик, математик и лауреат Нобелевской премии. Он является профессором физики имени Германа Фешбаха в Массачусетском технологическом институте (MIT), директором-основателем Института Т. Д. Ли и главным научным сотрудником в квантовом центре Вильчека при Шанхайском университете Цзяо Тонга (SJTU), выдающимся профессором в Университете штата Аризона (ASU) и штатным профессором в Стокгольмском университете. Вилчек, совместно с Дэвидом Гроссом и Х. Дэвидом Политцером, был удостоен Нобелевской премии по физике в 2004 году «за открытие асимптотической свободы в теории сильного взаимодействия». В мае 2022 года он был удостоен премии Темплтона за исследования фундаментальных законов природы, которые изменили наше понимание сил, управляющих Вселенной, и представили вдохновляющее видение мира, воплощающего математическую красоту.
Ранние годы и образование
Родился в Миньоле, штат Нью-Йорк, Вильчек имеет польские и итальянские корни. Отец Вильчека стал "самоучкой-инженером", чьи интересы в технологиях и науке вдохновили его сына. Вильчек учился в государственных школах Квинса, посещая среднюю школу имени Мартина Ван Бюрена. Примерно в это время родители Вильчека осознали его исключительные способности – отчасти благодаря результатам теста на IQ, который был ему проведен. Пропустив два класса, Вильчек поступил в 10-й класс средней школы в возрасте 13 лет. Особенно сильное влияние на него оказали два учителя физики в старшей школе, один из которых вел курс, помогавший ученикам в национальном конкурсе научных талантов Westinghouse. В 1967 году Вильчек стал финалистом и в итоге занял четвертое место, представив математический проект, посвященный теории групп. В 1970 году он получил степень бакалавра наук по математике и был принят в Phi Beta Kappa в Чикагском университете. На последнем курсе математического факультета в Чикаго он посещал курс Питера Фрейнда по теории групп в физике, который Вильчек позже описал как «по сути, физику элементарных частиц» и оказавший на него огромное влияние.
Личная жизнь
Уилчек познакомился с Бетси Девайн в Принстоне, когда они оба смотрели телевизионные матчи по шахматам между Фишером и Спасским в 1972 году. Они поженились в 1973 году, и у них двое дочерей.
Религиозные взгляды
Вильчек был воспитан в католической вере, но позже «потерял веру в традиционную религию». Его описывали как агностика, однако в 2013 году он написал в Твиттере, что «пантеист» – «более точное определение». Вильчек говорил, что «мир воплощает прекрасные идеи», но «хотя это может навести на духовные размышления, это необязательно».
Научная пропаганда и активизм
Уилчек является членом Научного консультативного совета Института будущего жизни, организации, занимающейся смягчением экзистенциальных рисков, стоящих перед человечеством, в особенности рисков, связанных с развитым искусственным интеллектом. В 2014 году Уилчек подписал письмо вместе со Стивеном Хокингом и двумя другими учеными, в котором предупреждалось: "Успех в создании ИИ станет величайшим событием в истории человечества. К сожалению, это может стать и последним, если мы не научимся избегать этих рисков". Уилчек также поддерживает кампанию по учреждению Парламентской ассамблеи ООН, организацию, выступающую за демократическую реформу Организации Объединенных Наций и создание более подотчетной международной политической системы. Уилчек входит в совет директоров Общества науки и общественности. Он является одним из основателей Фонда Костюшко Коллегии выдающихся ученых польского происхождения. Уилчек принимал участие в эпизоде телешоу "Пенн и Теллер: Чушь!", где Пенн назвал его "самым умным человеком, которого они когда-либо приглашали в программу".
Почести
В 1982 году он был удостоен стипендии МакАртура. В 1990 году Вильчек был избран членом Национальной академии наук, в 1993 году – членом Американской академии искусств и наук, а в 2005 году – членом Американского философского общества. В 2000 году Вильчек стал иностранным членом Королевской нидерландской академии искусств и наук. В 2002 году он был награжден медалью Лоренца. В 2003 году Вильчек получил премию Лилиенфельда Американского физического общества. В том же году он был награжден памятной медалью факультета математики и физики Карлова университета в Праге. Он был одним из лауреатов премии Европейского физического общества по физике высоких энергий и физике частиц за 2003 год. Нобелевская премия по физике 2004 года была присуждена совместно Дэвиду Дж. Гроссу, Х. Дэвиду Полицеру и Фрэнку Вильчеку «за открытие асимптотической свободы в теории сильного взаимодействия». Вильчек также был одним из лауреатов Международной премии короля Фейсала за науку в 2005 году. В том же году он получил награду «Золотая пластина» Американской академии достижений. 25 января 2013 года Вильчек получил почетную докторскую степень факультета науки и техники Университета Уппсалы (Швеция). Он также входил в состав жюри по физическим наукам премии Infosys с 2009 по 2011 год. В 2011 году Вильчек прочитал мемориальную лекцию имени Джорджа Гамова в Университете Колорадо в Боулдере. В 2022 году он был удостоен премии Темплтона за работу, которая раскрывает «видение вселенной, которую он рассматривает как воплощение математической красоты в масштабах величественно большого и невообразимо малого». Вильчек занимает должность профессора физики имени Германа Фешбаха в Центре теоретической физики МТИ. Он также работал в Институте перспективных исследований в Принстоне и Институте теоретической физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, а также был приглашенным профессором в NORDITA.
Исследования
Нобелевская премия 2004 года была присуждена Вильчеку за асимптотическую свободу, однако он внес вклад в открытие и развитие аксионов, анионов, асимптотической свободы, цветовых сверхпроводящих фаз кварковой материи и других областей квантовой теории поля. Он занимался физикой конденсированного состояния, астрофизикой и физикой частиц.
Асимптотическая свобода
В 1973 году, будучи аспирантом, работавшим с Дэвидом Гроссом в Принстонском университете, Уилчек (вместе с Гроссом) открыл асимптотическую свободу, согласно которой чем ближе кварки друг к другу, тем слабее сильное взаимодействие (или цветовой заряд) между ними; когда кварки находятся на экстремально близком расстоянии, ядерная сила между ними настолько мала, что они ведут себя почти как свободные частицы. Эта теория, независимо открытая Х. Дэвидом Политцером, имела важное значение для развития квантовой хромодинамики. По мнению Королевской академии искусств и наук Нидерландов, присуждая Уилчеку медаль Лоренца в 2002 году, асимптотическая свобода – это явление, при котором строительные блоки, составляющие ядро атома – кварки – ведут себя как свободные частицы, когда они находятся близко друг к другу, но при увеличении расстояния между ними начинают сильнее притягиваться друг к другу. Эта теория является ключом к интерпретации почти всех экспериментальных исследований, проводимых с использованием современных ускорителей частиц.
Аксионы
Аксион — это гипотетическая элементарная частица. Если аксионы существуют и имеют небольшую массу в определенном диапазоне, они представляют интерес как возможный компонент холодной темной материи. В 1977 году Роберто Пеццеи и Хелен Куинн предложили решение сильной CP-проблемы, механизм Пеццеи — Куинна. Это достигается путем введения новой глобальной симметрии (называемой симметрией Пеццеи — Куинна). Когда эта симметрия спонтанно нарушается, возникает новая частица, что было независимо показано Вильчеком и Стивеном Вайнбергом. Вильчек назвал эту новую гипотетическую частицу «аксионом» в честь марки стирального порошка, а Вайнберг — «Хигглетом». Позже Вайнберг согласился использовать название Вильчека для частицы. Хотя большинство экспериментальных поисков кандидатов в темную материю были сосредоточены на WIMP, предпринималось также множество попыток обнаружить аксионы. В июне 2020 года международная группа физиков, работающих в Италии, зарегистрировала сигнал, который мог быть вызван аксионами.
Любые
В физике, анион — это тип квазичастицы, возникающий только в двухмерных системах, со свойствами, гораздо менее ограниченными, чем у фермионов и бозонов. В частности, анионы могут обладать свойствами, промежуточными между фермионами и бозонами, включая дробный электрический заряд. Это вседозволенность в поведении вдохновила Вильчека в 1982 году назвать их «анионами». В 1977 году группа теоретиков-физиков из Университета Осло под руководством Джона Ленааса и Яна Мирхайма вычислила, что традиционное разделение на фермионы и бозоны неприменимо к теоретическим частицам, существующим в двух измерениях. Когда Даниэль Цуй и Хорст Штёрмер открыли дробный квантовый эффект Холла в 1982 году, Бертран Альперин (1984) расширил математический аппарат, предложенный Вильчеком в 1982 году для фракционной статистики в двух измерениях, чтобы помочь объяснить это явление. Фрэнк Вильчек, Дэн Аровас и Роберт Шриффер проанализировали дробный квантовый эффект Холла в 1984 году, доказав, что для его описания необходимы анионы. В 2020 году экспериментаторы из Высшей нормальной школы и Центра нанонаук и нанотехнологий (C2N) опубликовали в журнале Science сообщение о том, что им удалось осуществить прямое обнаружение анионов.
Временные кристаллы
В 2012 году он предложил идею кристалла времени. В 2018 году несколько исследовательских групп сообщили об обнаружении кристаллов времени. В 2018 году он и Цинь Дон Цзян рассчитали, что так называемая "квантовая атмосфера" материалов теоретически может быть исследована с помощью существующих технологий, таких как алмазные зонды с азотными вакансиями.
Технические
В 1988 году. Геометрические фазы в физике. В 1990 году. Фракционная статистика и анионная сверхпроводимость.