Stuart Samuel (físico)

Stuart Samuel es un físico teórico conocido por su trabajo ^{[ 1 ]} sobre la velocidad de la gravedad y por su trabajo ^{[ 2 ]} con Alan Kostelecký sobre la violación espontánea de Lorentz en la teoría de cuerdas , ahora llamada modelo Bumblebee . También hizo contribuciones significativas en teoría de campos y física de partículas .

Samuel se graduó de la Universidad de Princeton con una licenciatura en matemáticas en 1975, y en 1979 se doctoró en física por la Universidad de California en Berkeley . Anteriormente fue miembro del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, profesor de física en la Universidad de Columbia y profesor de física en el City College de Nueva York .

En sus primeros trabajos, Samuel utilizó métodos de teoría de campos de partículas para obtener resultados en mecánica estadística . ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]} En particular, Samuel descubrió una forma particularmente sencilla de resolver el modelo de Ising bidimensional . Se demostró que era equivalente a una teoría de campos no interactuante de partículas de tipo fermiónico . Esto permitió un cálculo rápido de la función de partición ^{[ 4 ]} y las funciones de correlación . ^{[ 5 ]} Samuel continuó tratando ciertos sistemas de mecánica estadística interactuante utilizando la teoría de campos perturbativa . ^{[ 6 ]}

En 1985, Samuel y su colega KJM Moriarty fueron de los primeros en obtener un cálculo razonablemente preciso del espectro de masas de hadrones utilizando simulaciones por computadora de cromodinámica cuántica (QCD) en la red. Superaron las dificultades que otros teóricos estaban encontrando en ese momento haciendo una aproximación: reemplazaron los quarks fermiónicos de espín 1/2 con partículas escalares de espín cero y corrigieron esta aproximación tratando los grados de libertad de espín usando la teoría de perturbaciones . Hubo tres ventajas al hacer esto: (i) los quarks escalares requerían menos memoria de computadora, (ii) las simulaciones usando quarks escalares requerían menos tiempo de computadora, y (iii) evitó el problema de duplicación de fermiones . Su cálculo de QCD en la red ^{[ 7 ]} del espectro de masas del mesón coincidió bien con el de la naturaleza, con la excepción de la masa del pión , donde se sabe que tratar el espín de forma perturbativa no es una buena aproximación debido a la ruptura espontánea aproximada de la simetría quiral . El cálculo en la red del espectro bariónico fue igualmente impresionante. ^{[ 8 ]} Samuel y Moriarty hicieron predicciones de masas para hadrones que involucran el quark bottom que aún no se habían producido en aceleradores . ^{[ 9 ]} Estas predicciones fueron confirmadas posteriormente, excepto la del Λ_b barión. ^{[ 10 ]}

El trabajo más importante de Samuel en supersimetría surgió de una colaboración con el teórico Julius Wess en una publicación titulada "Supersimetría Secreta". ^{[ 11 ]} En este trabajo, los dos físicos construyeron una teoría efectiva de baja energía de la generalización supersimétrica del Modelo Estándar de la física de partículas para la situación en la que la supersimetría se rompe espontáneamente . La conclusión principal fue: aunque puede haber pocas manifestaciones de baja energía de la supersimetría rota espontáneamente, debería haber al menos un campo de Higgs cargado y dos campos de Higgs neutros más allá del campo neutro habitual del Modelo Estándar. Todas las extensiones supersimétricas del Modelo Estándar tienen estas partículas bosónicas de espín 0 adicionales . La conclusión importante es que si se descubren partículas de Higgs adicionales en la naturaleza, esto sugiere una estructura supersimétrica subyacente, incluso si los compañeros supersimétricos de las partículas en el Modelo Estándar no se observan experimentalmente.

La contribución más importante de Samuel en la teoría de cuerdas fue el desarrollo de la teoría de campos conformes fuera de la capa . ^{[ 12 ] [ 13 ]} Esto permitió el cálculo de la dispersión de estados de cuerda cuando la condición en la capa E ² = m ² c ⁴ + p ² c ² se continúa analíticamente de modo que ya no se cumple. ^{[ 12 ]} Se pensaba que la extensión fuera de la capa de las amplitudes de dispersión de cuerdas era imposible debido a un teorema de imposibilidad . ^{[ 14 ]} Sin embargo, Samuel pudo usar la versión de Witten de la teoría de campos de cuerdas para lograr este resultado. Se evitó uno de los supuestos del teorema de "imposibilidad" (el uso de un número infinito de estados fantasma ).

Samuel is the creator of bosonic technicolor.^[15] Two approaches to solving to the hierarchy problem are technicolor and supersymmetry. The former has difficulties with flavor-changing neutral currents and light pseudo-Goldstone bosons, while the latter predicts superpartner particles that have not been currently observed. Bosonic technicolor is a supersymmetric version of technicolor that eliminates the difficulties that technicolor and supersymmetry have separately. In this model, the masses of superpartners can be about two orders of magnitude higher than in usual supersymmetry extensions of the standard model.

Because neutrinos have masses, the three flavors of neutrinos (electron neutrinoν_e, muon neutrinoν_μ and tau neutrinoν_τ) change into each other and back, a phenomenon called neutrino oscillations. When one has a dense gas of neutrinos, it is not straightforward to determine how neutrino oscillations behave. This is because the oscillation of a single neutrino in the gas depends on the flavors of the neutrinos nearby, and the oscillation of the nearby neutrinos depend on the flavor of that single neutrino (and of other individual nearby neutrinos). Samuel was the first to develop a self-consistent formalism to address this.^[16] He observed a number of interesting phenomena that can occur in such systems including a self-induced Mikheyev–Smirnov–Wolfenstein effect and a parametric resonant conversion.

Samuel and colleague Alan Kostelecký have used Samuel's formalism to analyze neutrino oscillations in the early universe.^[17]

Samuel has received a number of awards for his research including a Control Data Corporation PACER Award (with Dr. K. M. Moriarty) for outstanding computer programming, an Alexander von Humboldt Fellowship, and the Chester–Davis Prize (from Indiana University). He was one of 90 scientists in 1984 to be honored as an Alfred P. Sloan Research Recipient.^[18]

• Lista de artículos de física de Samuel publicada por INSPIRE