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Yoichiro Nambu

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Yoichiro Nambu (南部 陽一郎, Nanbu Yōichirō ; 18 de enero de 1921 - 5 de julio de 2015) fue un físico y profesor japonés-estadounidense de la Universidad de Chicago .

Conocido por sus innovadoras contribuciones a la física teórica , Nambu fue el creador de la teoría de la ruptura espontánea de simetría , un concepto que revolucionó la física de partículas. También fue pionero de la cromodinámica cuántica (QCD), una de las figuras fundadoras de la teoría de cuerdas y el proponente de la mecánica de Nambu . Además, fue cocreador del modelo de Nambu-Jona-Lasinio , que explicaba el origen dinámico de la masa en los nucleones.

En 2008 , recibió la mitad del Premio Nobel de Física por el descubrimiento, en 1960, del mecanismo de ruptura espontánea de simetría en la física subatómica , relacionado inicialmente con la simetría quiral de la interacción fuerte y posteriormente con la interacción electrodébil y el mecanismo de Higgs . [ 1 ] La otra mitad se dividió a partes iguales entre Makoto Kobayashi y Toshihide Maskawa «por el descubrimiento del origen de la ruptura de simetría que predice la existencia de al menos tres familias de quarks en la naturaleza». [ 1 ]

Primeros años y educación

Yoichiro Nambu nació el 18 de enero de 1921 en Tokio , Imperio de Japón . [ 2 ] [ 3 ] En 1923, cuando Tokio fue devastada por el Gran Terremoto de Kanto , la familia Nambu se trasladó a la prefectura de Fukui , la ciudad natal de su padre. [ 4 ] Nambu pasó el resto de su infancia allí y completó su educación secundaria a los 17 años.

Durante su juventud, construyó él mismo un receptor de radio de cristal . Más tarde recordó haberse emocionado profundamente al poder escuchar una transmisión de béisbol en vivo a través del aparato, un momento inicial de fascinación por la ciencia y la tecnología. [ 5 ]

Tras graduarse de la escuela secundaria, Nambu ingresó en la prestigiosa Primera Escuela Superior (Ichikō), una institución preparatoria para las universidades de élite de Japón. A pesar de sus posteriores logros en física teórica , tuvo dificultades con la física durante este período. En particular, le costó comprender el concepto de entropía y suspendió el curso de termodinámica . [ 6 ]

Posteriormente estudió en la Universidad Imperial de Tokio (actualmente Universidad de Tokio), donde Chushiro Hayashi —conocido más tarde por su trabajo fundamental en astrofísica— fue uno de sus compañeros de clase. [ 7 ] En su último año, Nambu expresó interés en estudiar partículas elementales y se acercó a Hideki Yukawa y Shin'ichirō Tomonaga en busca de orientación. Sin embargo, inicialmente lo rechazaron, diciéndole: «Solo los genios pueden comprender la física de partículas». [ 8 ]

Carrera

Tras recibir su licenciatura en ciencias en 1942, [ 1 ] Nambu fue reclutado por el Ejército Imperial Japonés ese mismo año. Sirvió durante un año como teniente (teniente técnico 技術中尉), realizando tareas como cavar trincheras y transportar barcos, antes de ser asignado a una unidad de investigación centrada en el desarrollo del radar de onda corta . [ 4 ] Durante este período, el ejército le ordenó obtener un documento naval de alto secreto escrito por Shin'ichirō Tomonaga sobre la teoría del radar. En lugar de recurrir al espionaje, Nambu se dirigió directamente a Tomonaga y obtuvo el material con su colaboración. [ 6 ]

Tras la guerra, entre 1945 y 1949, Nambu trabajó en la Facultad de Física de la Universidad de Tokio . Durante este tiempo, recibió una fuerte influencia del trabajo de Tomonaga sobre electrodinámica cuántica y de los estudios de Ryogo Kubo sobre física de la materia condensada. Obtuvo su doctorado en ciencias en 1952. [ 1 ]

En 1949, Nambu fue nombrado profesor asociado en la Universidad de la Ciudad de Osaka (actualmente Universidad Metropolitana de Osaka ) [ 9 ] y se convirtió en catedrático al año siguiente, a la edad de 29 años. [ 1 ] En 1952, fue invitado al Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, Nueva Jersey , y se trasladó a Estados Unidos. Durante su estancia allí, conoció a Albert Einstein en dos ocasiones. En la segunda ocasión, Einstein intentó fervientemente explicarle a Nambu su profundo escepticismo sobre la mecánica cuántica . [ 10 ]

En 1954, Nambu se unió a la Universidad de Chicago y fue ascendido a catedrático en 1958. [ 11 ] De 1974 a 1977, fue director del Departamento de Física. Se nacionalizó estadounidense en 1970 y conservó la ciudadanía hasta su fallecimiento en 2015. [ 12 ]

Investigación

La investigación de Nambu se centró en la electrodinámica cuántica , la física de partículas elementales , la teoría cuántica de campos , la teoría de la dispersión , la estadística de cristales y la teoría de la superconductividad . Tras más de cincuenta años como profesor, fue nombrado Profesor Emérito Distinguido Henry Pratt Judson del Departamento de Física y del Instituto Enrico Fermi de la Universidad de Chicago . [ 13 ] [ 14 ]

Ruptura espontánea de simetría

En 1960, propuso la idea de la ruptura espontánea de simetría (basándose en una analogía formal que observó entre las ecuaciones de Bogoliubov-Valatin , conocidas en la teoría BCS de la superconductividad, y la ecuación de Dirac ), y también propuso la hipótesis de la conservación parcial de la corriente axial débil de los hadrones .

Este concepto proporcionó la base teórica esencial para lo que eventualmente se convertiría en el mecanismo de Higgs en el Modelo Estándar, influyendo en la forma en que los físicos entienden el origen de la masa y las transiciones de fase en la teoría de campos.

Modelo de Nambu-Jona-Lasinio

En 1961, Nambu, en dos artículos escritos en coautoría con el físico italiano Giovanni Jona-Lasinio , [ 15 ] [ 16 ] propuso un modelo teórico (ahora conocido como el modelo Nambu-Jona-Lasinio ), en el que intentó explicar el origen de la masa del nucleón a través del mecanismo de ruptura espontánea de la simetría quiral . Posteriormente, este modelo fue reformulado por otros investigadores dentro del marco de la teoría de quarks de la estructura hadrónica. Resultó ser una herramienta computacional eficaz para describir la física hadrónica de baja energía, permitiendo, en particular, la descripción de los espectros de masa y las desintegraciones de los estados fundamentales de los nonetes de mesones , así como el estudio del comportamiento hadrónico en medios calientes y densos (lo cual es relevante, por ejemplo, en el estudio del plasma de quarks y gluones ). [ 17 ]

El modelo NJL fue posteriormente adaptado por otros investigadores al marco de la teoría de la estructura hadrónica basada en quarks. Demostró ser una poderosa herramienta computacional para describir la física hadrónica de baja energía, incluyendo los espectros de masa de los mesones, los modos de desintegración y el comportamiento en medios calientes y densos como el plasma de quarks y gluones.

Teorema de Nambu-Goldstone

En 1964, Nambu proporcionó una demostración matemática general del teorema de Goldstone . Los bosones sin masa que surgen en teorías de campos con ruptura espontánea de simetría se denominan a veces bosones de Nambu-Goldstone . [ 15 ] [ 16 ]

Este teorema se convirtió en un elemento central de muchas teorías cuánticas de campos y modelos de ruptura espontánea de simetría.

Cromodinámica cuántica

Yoichiro Nambu fue entrevistado por el Asahi Shimbun en 1965.

En 1965, en un breve intervalo, se publicaron tres trabajos: un preimpreso de Nikolay Bogolyubov , Boris Struminsky [ 18 ] y Albert Tavkhelidze ; un artículo de Yoneji Miyamoto (宮本米二) [ 19 ] y un artículo de Moo-Young Han y Nambu [ 20 ] . En estos artículos, los autores, analizando diversos problemas en la teoría de quarks, llegaron independientemente a la idea de que los quarks poseen un número cuántico previamente desconocido (denominado "carga de color" por Murray Gell-Mann y Harald Fritzsch en 1971 [ 21 ] ). También desarrollaron un modelo de interacciones fuertes basado en tres tripletes de quarks con cargas eléctricas enteras [ 22 ] . Nambu propuso la idea de la "carga de color" de la cromodinámica cuántica [ 23 ] basándose en su trabajo anterior sobre la ruptura espontánea de simetría en la física de partículas [ 24 ] .

Aunque las versiones posteriores del Modelo Estándar adoptaron cargas fraccionarias, la propuesta de Nambu del color como un grado de libertad cuántico sentó las bases conceptuales para el desarrollo de la cromodinámica cuántica (QCD), la teoría moderna de las interacciones fuertes.

teoría de cuerdas

A principios de la década de 1970, Nambu descubrió de forma independiente que el modelo de resonancia dual , introducido originalmente para describir las amplitudes de dispersión hadrónica, podía reinterpretarse como una teoría de cuerdas relativistas cuantizadas. Esta idea proporcionó el primer marco teórico en el que se utilizaron objetos unidimensionales extendidos, en lugar de partículas puntuales, para explicar el comportamiento de las interacciones fundamentales. [ 25 ] [ 26 ] Su reformulación sentó las bases para el desarrollo de la teoría de cuerdas bosónicas , y es ampliamente reconocido como una de las figuras fundadoras de la teoría de cuerdas. [ 27 ]

Una de sus contribuciones clave fue la introducción del principio de acción para cuerdas, ahora conocido como la acción de Nambu-Goto , que describe la dinámica de una cuerda relativista como el área de la hoja de mundo barrida en el espacio-tiempo. Este formalismo se convirtió en un componente central de la teoría de cuerdas moderna, influyendo en desarrollos posteriores en la teoría de supercuerdas , la teoría M y los intentos de unificar la mecánica cuántica con la relatividad general.

Mecánicos de Nambu

En 1973, Nambu propuso una generalización de la mecánica hamiltoniana, ahora conocida como mecánica de Nambu . [ 28 ] Esta formulación extendió la dinámica clásica al introducir múltiples funciones hamiltonianas y una estructura de orden superior llamada corchete de Nambu. A diferencia de los sistemas hamiltonianos tradicionales que utilizan un único hamiltoniano y un corchete de Poisson , la mecánica de Nambu permite describir la evolución de los sistemas físicos mediante corchetes ternarios (o de orden superior) con múltiples cantidades conservadas.

Aunque inicialmente pasó desapercibida, la mecánica de Nambu cobró relevancia posteriormente en el estudio de sistemas no lineales, dinámica de fluidos y marcos teóricos de dimensiones superiores. Ha influido en áreas como los corchetes de Nambu cuánticos y los sistemas integrables generalizados, y se ha analizado en el contexto de la teoría de cuerdas y la teoría M como una posible estructura matemática subyacente a objetos extendidos como las membranas.

Otras contribuciones tempranas en física de partículas

Los primeros trabajos de Nambu sentaron las bases esenciales para sus posteriores descubrimientos:

  • En 1951, propuso de forma independiente el concepto de producción asociativa de partículas extrañas, explicando su aparición en colisiones de alta energía.
  • En 1957, predijo la existencia del mesón omega vectorial y derivó una relación fundamental conocida como simetría de cruce, que se convirtió en una herramienta clave para analizar las interacciones de partículas. [ 29 ]

Su carrera posterior se desarrolló en Japón.

En 1994, Yoichiro Nambu fue nombrado profesor visitante en la Universidad de Ritsumeikan y asesor académico en la Universidad Ritsumeikan Asia Pacífico . Ese mismo año, ambas instituciones crearon el Fondo de Fomento a la Investigación Yoichiro Nambu. En 1996, recibió el primer doctorado honoris causa otorgado por la Universidad de Osaka (UOsaka), y en 2006, se convirtió en profesor titular de la misma universidad. Ocupó una oficina de investigación en el Campus Toyonaka de la UOsaka. [ 30 ]

El 12 de noviembre de 2010, Nambu hizo una aparición especial en una celebración en honor al profesor de la Universidad de Purdue, Ei-ichi Negishi , quien había recibido el Premio Nobel de Química de 2010. Ambos eran laureados japoneses con el Premio Nobel, residentes en el medio oeste estadounidense y exalumnos de la Universidad de Tokio . [ 31 ]

En 2011, Nambu regresó a Japón y se estableció definitivamente en Toyonaka , prefectura de Osaka. Continuó su vinculación con la Universidad de Osaka. El Salón Nambu se inauguró en el segundo piso del Edificio J, Escuela de Posgrado de Ciencias, en 2017. [ 32 ]

Nambu también ostentó los títulos de Profesor Honorario y Profesor Distinguido Especial en la Universidad de la Ciudad de Osaka (actualmente Universidad Metropolitana de Osaka ). Posteriormente, la universidad estableció el Instituto Nambu Yoichiro de Física Teórica y Experimental (NITEP) el 1 de noviembre de 2018. [ 33 ]

El padre de Yoichiro, Kichiro Nambu (南部 吉郎, Nanbu Kichirō ) , era originario de Fukui y asistió a la escuela secundaria Ritsumeikan antes de estudiar literatura en la Universidad de Waseda . Su tesis de graduación se centró en William Blake , el poeta, pintor y grabador inglés. Al año siguiente, en 1921, Yoichiro nació en Tokio. Sin embargo, tras el Gran Terremoto de Kanto de 1923, la familia regresó a Fukui, donde Kichiro consiguió un puesto como profesor de inglés en la escuela secundaria femenina de Fukui .

El nombre del Dr. Kozaburo Nambu (南部 考三郎, Nanbu Kōzaburō ) , uno de los personajes principales del famoso anime japonés Science Ninja Team Gatchaman , fue inspirado en Yoichiro Nambu. [ 34 ]

Muerte

Nambu falleció de insuficiencia cardíaca en el hospital de Osaka el 5 de julio de 2015, a la edad de 94 años, y su muerte se anunció 12 días después. [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] Su funeral y servicios conmemorativos se llevaron a cabo entre familiares cercanos. [ 36 ]

A Nambu le sobrevivieron su esposa, Chieko, y su hijo, John. [ 36 ]

Reconocimiento

Nambu (camisa blanca) y sus asociados en 1996.

En 2008, aunque recibió el Premio Nobel de Física , Nambu no viajó a Estocolmo para asistir a la ceremonia de entrega. A petición suya, su antiguo colega Giovanni Jona-Lasinio viajó en su lugar y pronunció amablemente el discurso de aceptación del Nobel en su nombre. [ 39 ]

Bruno Zumino , uno de los fundadores de la supersimetría , comentó en una ocasión:

«Siempre iba diez años por delante de nosotros, así que intenté comprender su obra para poder contribuir a un campo que florecería una década después. Pero, contrariamente a lo que esperaba, me llevó diez años comprender lo que había hecho.» [ 40 ]

Toshihide Maskawa , premio Nobel de Física, afirmó en una ocasión:

«El profesor Nambu es el físico más grande que Japón ha producido. Creo que incluso supera a Hideki Yukawa y Shin'ichirō Tomonaga ». [ 41 ] «Los físicos japoneses ganadores del Premio Nobel son todos brillantes, y los conozco bien, pero si tuviera que nombrar a un verdadero "genio", sería Yoichiro Nambu». [ 42 ]

Premios

Honores

Bibliografía

  • Nambu, Yoichiro (1985), Quarks , Singapur: World Scientific.

Véase también

Referencias

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  2. ↑ "Yoichiro Nambu, físico estadounidense" . // Encyclopædia Britannica . 13 de octubre de 2015. Archivado del original el 25 de marzo de 2016. Consultado el 6 de julio de 2016 .
  3. ↑ "Yoichiro Nambu" . // Base de datos NNDB . Archivado del original el 10 de junio de 2016. Consultado el 6 de julio de 2016 .
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  6. 1 2日経サイエンス1995年4月号p.91
  7. ↑第18回林忠四郎記念講演会
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  • Perfil del profesorado Yoichiro Nambu, del Departamento de Física de la Universidad de Chicago.
  • Perfil, Revista Scientific American
  • Información biográfica de Yoichiro Nambu, Sc.D. Archivada el 10 de octubre de 2008 en Wayback Machine.
  • Los artículos científicos más citados de Nambu
  • El primer libro de Yoichiro Nambu para el público general de la ciencia. Archivado el 29 de junio de 2011 en la Wayback Machine.
  • Material inédito de Yoichiro Nambu, incluyendo un artículo original sobre la ruptura espontánea de la simetría.
  • "Historia de los físicos galardonados con el Premio Nobel en el Japón de la Segunda Guerra Mundial". Artículo publicado en el número de diciembre de 1998 de Scientific American, escrito en coautoría por Laurie Brown y Yoichiro Nambu.
  • Homenaje al fallecimiento del Prof. Nambu por el ex alumno Dr. Madhusree Mukerjee
  • Guía de los documentos de Yoichiro Nambu (1917-2009) en el Centro de Investigación de Colecciones Especiales de la Universidad de Chicago.
  • Yoichiro Nambu en Nobelprize.org
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