Alexandru Proca

Alexandru Proca (16 de octubre de 1897 - 13 de diciembre de 1955) fue un físico rumano que estudió y trabajó en Francia . Desarrolló la teoría de mesones vectoriales de las fuerzas nucleares y las ecuaciones de campo cuánticas relativistas que llevan su nombre ( ecuaciones de Proca ) para los mesones masivos de espín vectorial 1.

Nació en Bucarest , hijo de un ingeniero civil. Fue uno de los estudiantes más destacados del Liceo Gheorghe Lazăr y de la Universidad Politécnica de Bucarest. Con un gran interés por la física teórica, se trasladó a París, donde se licenció en Ciencias en la Universidad París-Sorbona , recibiendo de manos de Marie Curie su diploma de Bachiller en Ciencias . Después de eso trabajó como investigador/físico en el Instituto del Radio de París en 1925.

Proca se nacionalizó francés en 1931. Realizó estudios de doctorado en física teórica bajo la supervisión del premio Nobel Louis de Broglie . En 1933 defendió con éxito su tesis doctoral titulada "Sobre la teoría relativista del electrón de Dirac" ante un tribunal examinador presidido por el premio Nobel Jean Perrin .

En 1939 fue invitado a la Conferencia Solvay , que no se celebró debido al estallido de la Segunda Guerra Mundial . Durante la guerra fue durante un corto tiempo ingeniero superior en Radio France . En 1943 realizó una breve estancia en Portugal , donde (en sustitución de Guido Beck ) dirigió el seminario de Física Teórica, organizado por Ruy Luís Gomes en el Centro de Estudios Matemáticos de la Universidad de Oporto . De 1943 a 1945 estuvo en el Reino Unido , por invitación de la Royal Society y del Almirantazgo británico , con el fin de ayudar en el esfuerzo bélico. Después regresó a París, donde dirigió un seminario sobre física de partículas elementales. Buscó obtener una cátedra en la Sorbona o en el Collège de France , pero no tuvo éxito. A partir de 1950 organizó un coloquio de física teórica para el CNRS con Pierre Auger , mientras que en 1951 fue el representante francés en la Unión Internacional de Física Pura y Aplicada . ^[1]

En 1937 Proca fue elegido miembro correspondiente de la Academia Rumana de Ciencias , mientras que en 1990 fue elegido miembro honorario post mortem de la Academia Rumana . ^[2]

Murió en París en 1955 después de una batalla de dos años contra el cáncer de laringe . ^[1]

En 1929, Proca se convirtió en editor de la influyente revista de física Les Annales de l'Institut Henri Poincaré . Luego, en 1934, pasó un año entero con Erwin Schrödinger en Berlín y visitó durante unos meses al premio Nobel Niels Bohr en Copenhague, donde también conoció a Werner Heisenberg y George Gamow . ^{[3] [4]}

Proca llegó a ser conocido como uno de los físicos teóricos rumanos más influyentes del siglo pasado, ^[5] habiendo desarrollado la teoría del mesón vectorial de las fuerzas nucleares en 1936, antes de los primeros informes de Hideki Yukawa , quien empleó las ecuaciones de Proca para el campo mesónico vectorial como punto de partida. Yukawa posteriormente recibió el Premio Nobel por una explicación de las fuerzas nucleares utilizando un campo pi-mesónico y prediciendo correctamente la existencia del pión , inicialmente llamado "mesotrón" por Yukawa. Los piones, al ser los mesones más ligeros , desempeñan un papel clave en la explicación de las propiedades de las fuerzas nucleares fuertes en su rango de energía más bajo. A diferencia de los bosones masivos de espín 1 en las ecuaciones de Proca, los piones predichos por Yukawa son bosones de espín -0 que tienen asociados solo campos escalares . Sin embargo, también existen mesones de espín 1, como los considerados en las ecuaciones de Proca. Los mesones vectoriales de espín 1 considerados por Proca en 1936-1941 tienen una paridad impar , están involucrados en interacciones electrodébiles y han sido observados en experimentos de alta energía sólo después de 1960, mientras que los piones predichos por la teoría de Yukawa fueron observados experimentalmente por Carl Anderson en 1937 con masas bastante cercanas en valor a los 100 MeV predichos por la teoría de pi-mesones de Yukawa publicada en 1935; la última teoría consideró sólo el campo escalar masivo como la causa de las fuerzas nucleares, tales como las que se esperaría encontrar en el campo de un pi-mesón.

En el rango de masas superiores, los mesones vectoriales también incluyen quarks charm y bottom en su estructura. El espectro de los mesones pesados ​​está vinculado a través de procesos radiativos a los mesones vectoriales, que por lo tanto desempeñan papeles importantes en la espectroscopia de mesones. Los mesones vectoriales de quarks ligeros aparecen en estados cuánticos casi puros .

Las ecuaciones de Proca son ecuaciones de movimiento del tipo Euler-Lagrange que conducen a las condiciones de campo de calibración de Lorenz : . En esencia, las ecuaciones de Proca son: ${\displaystyle \partial _{\mu }A^{\mu }=0\!}$

${\displaystyle \Box A^{\nu }-\partial ^{\nu }(\partial _{\mu }A^{\mu })+m^{2}A^{\nu }=j^{ \nu }}$, dónde:

${\displaystyle \Box =\left({\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\partial ^{2}}{\partial t^{2}}}\right)-\nabla ^{2}}$.

Aquí está el potencial 4, el operador delante de este potencial es el operador D'Alembert , es la densidad de corriente, y el operador nabla (∇) al cuadrado es el operador Laplace , Δ. Como se trata de una ecuación relativista, se asume la convención de suma de Einstein sobre índices repetidos. El potencial 4 es la combinación del potencial escalar y el potencial 3-vectorial A , derivado de las ecuaciones de Maxwell : ${\displaystyle A^{\mu }}$${\displaystyle \Cuadro}$${\displaystyle j^{\nu}}$${\displaystyle A^{\nu }}$${\estilo de visualización \phi}$

${\displaystyle A^{\nu }=\left({\frac {\phi }{c}},\mathbf {A} \right)}$

${\displaystyle \mathbf {E} =-\mathbf {\nabla } \phi -{\frac {\partial \mathbf {A} }{\partial t}}}$

${\displaystyle \mathbf {B} =\mathbf {\nabla } \times \mathbf {A} .}$

Con una notación simplificada toman la forma:

${\displaystyle \partial _{\mu }(\partial ^{\mu }A^{\nu }-\partial ^{\nu }A^{\mu })+\left({\frac {mc}{ \hbar }}\right)^{2}A^{\nu }=0}$.

Las ecuaciones de Proca describen así el campo de una partícula masiva de espín -1 de masa m con un campo asociado que se propaga a la velocidad de la luz c en el espacio-tiempo de Minkowski ; dicho campo se caracteriza por un vector real A que da como resultado una densidad lagrangiana relativista L. Formalmente, pueden parecer similares a la ecuación de Klein-Gordon :

${\displaystyle {\frac {1}{c^{2}}}{\frac {\parcial ^{2}}{\parcial t^{2}}}\psi -\nabla ^{2}\psi +{\frac {m^{2}c^{2}}{\hbar ^{2}}}\psi =0}$,

pero esta última es una ecuación escalar, no vectorial , que se derivó para electrones relativistas y, por lo tanto, se aplica solo a fermiones de espín 1/2. Además, las soluciones de la ecuación de Klein-Gordon son funciones de onda relativistas que se pueden representar como ondas planas cuánticas cuando la ecuación se escribe en unidades naturales:

${\displaystyle -\partial _{t}^{2}\psi +\nabla ^{2}\psi =m^{2}\psi }$;

Esta ecuación escalar sólo es aplicable a los fermiones relativistas que obedecen a la relación energía-momento de la teoría de la relatividad especial de Albert Einstein . La intuición de Yukawa se basaba en dicha ecuación escalar de Klein-Gordon, y el premio Nobel Wolfgang Pauli escribió en 1941: «... Yukawa supuso que el mesón tenía espín 1 para explicar la dependencia del espín de la fuerza entre el protón y el neutrón. La teoría para este caso ha sido dada por Proca». ^[6]

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• Breve Historia del IFIN-HH: Precursores Excmo. Acad. Alexandru Proca (1897-1955) y Acad. Prof. Dr. Horia Hulubei (1896–1972).