Departamento de Física (Universidad de Columbia)

El Departamento de Física es un departamento académico de la Universidad de Columbia en la ciudad de Nueva York , Nueva York, Estados Unidos.

El departamento, junto con la facultad de Física Aplicada y Física Médica del Departamento de Física Aplicada y Matemáticas Aplicadas, cuenta con aproximadamente 80 profesores que imparten clases e investigan en las áreas de astrofísica, física nuclear de alta energía, física de partículas de alta energía, física de plasmas, física atómica-molecular-óptica, física de la materia condensada, biofísica, radiología y física teórica. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

Esta investigación se lleva a cabo en Pupin Hall , el Northwest Corner Building y el Shapiro Center for Engineering and Physical Sciences Research (CEPSR), todos ubicados en el campus de Morningside Heights de la universidad; en los Nevis Laboratories, al norte del estado de Nueva York, en Irvington; y en varias otras instituciones afiliadas. El departamento está conectado con los Brookhaven National Laboratories y el CERN , donde también trabajan como investigadores .

Columbia gradúa aproximadamente 55 estudiantes de pregrado en física cada año en la Facultad y Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (que incluye Física Aplicada, Astrofísica, Biofísica y Física Química) y alberga a unos 100 estudiantes de posgrado. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

Los orígenes de la física de posgrado se remontan a la apertura de la Escuela de Minas en 1864, aunque el departamento no se estableció formalmente hasta 1892. En 1899, la Sociedad Estadounidense de Física se fundó en una reunión en Columbia. Varios años después, el Fondo Earnest Kempton Adams permitió al departamento invitar a científicos distinguidos a la escuela. Entre los distinguidos profesores de EKA se encontraban Hendrik Lorentz (1905-1906) y Max Planck (1909). Durante su estancia en Columbia, Lorentz escribió una de sus obras más importantes: la Teoría de los Electrones. ^{[ 7 ]}

En 1931, los Laboratorios Pupin eran un centro de investigación de referencia. Durante este tiempo, Harold Urey (Premio Nobel de Química) descubrió el deuterio y George B. Pegram investigaba los fenómenos asociados al neutrón, recientemente descubierto . En 1938, Enrico Fermi escapó de la Italia fascista tras ganar el Premio Nobel por su trabajo sobre la radiactividad inducida. De hecho, se llevó a su esposa e hijos a Estocolmo e inmediatamente emigró a Nueva York. Poco después de su llegada, comenzó a trabajar en la Universidad de Columbia. Su trabajo sobre la fisión nuclear, junto con el de Rabi sobre física atómica y molecular, marcó el comienzo de una época dorada de la investigación fundamental en la universidad. Uno de los primeros ciclotrones del país se construyó en el sótano del Pupin Hall, donde aún se conservan algunos restos.

Antes y después de la Segunda Guerra Mundial , se llevaron a cabo investigaciones sobre los momentos magnéticos de los núcleos y los electrones. Junto con el trabajo de Willis Lamb sobre la comprensión de la estructura fina del hidrógeno, estos experimentos fueron cruciales para el posterior desarrollo de la electrodinámica cuántica , por la que Feynman y Schwinger ganaron el Premio Nobel. Durante este mismo período, Chien-Shiung Wu realizaba una investigación fundamental en Nevis sobre las interacciones débiles, que condujo a la predicción teórica y posterior observación de la no conservación máxima de la paridad .

Durante la guerra, se aprendieron muchas técnicas de microondas que posteriormente se utilizaron en Columbia para el desarrollo del máser , el precursor de microondas del láser , y para la observación de grandes momentos cuadrupolares nucleares , lo que llevó a la introducción del modelo nuclear unificado por James Rainwater . En la década de 1940, la investigación teórica se centró en cálculos de electrodinámica cuántica. En la década de 1950, se produjo un cambio hacia la física de altas energías . Durante este tiempo , el trabajo de Tsung-Dao Lee y sus colaboradores condujo al descubrimiento de simetrías de paridad y conjugación de carga en la interacción débil . Durante estos años, también se construyó un nuevo ciclotrón más potente en Nevis.

A medida que los físicos investigaban la materia a escalas cada vez más finas, se requerían experimentos de mayor energía. Muchos de estos se llevaron a cabo en Nevis y Brookhaven. Rainwater y Fitch exploraron la estructura de los núcleos observando transiciones de rayos X en átomos muónicos. Richard Garwin y Leon Lederman observaron la no conservación de la paridad en la desintegración de piones y muones . Lederman , Schwartz y Steinberger demostraron que el neutrino muónico era distinto del neutrino electrónico .

Actualmente, los investigadores de Columbia realizan su trabajo en laboratorios de todo el mundo. Entre ellos se encuentran el CERN , en Ginebra (Suiza), el Laboratorio Nacional de Brookhaven , en Upton (Nueva York), y el Laboratorio Nacional de Aceleradores Fermi , en Batavia (Illinois). Los Laboratorios Pupin también albergan una supercomputadora dedicada de 400 gigaflops construida por Norman Christ , que se utiliza para cálculos en cromodinámica cuántica reticular .

Científicos que han recibido el Premio Nobel por trabajos realizados mientras eran profesores en la Universidad de Columbia:

• Isidor Isaac Rabi
• Polykarp Kusch
• Willis Lamb
• Charles Townes
• Aage Bohr
• Lee Tsung-Dao
• James Rainwater
• León Lederman
• Melvin Schwartz
• Jack Steinberger

Otros miembros del profesorado:

• Enrico Fermi
• Hideki Yukawa
• Willis Lamb
• María Goeppert-Mayer
• Samuel Chao Chung Ting
• Steven Weinberg
• Horst Störmer

Científicos que recibieron el Premio Nobel y tienen doctorados de la Universidad de Columbia:

• Isidor Isaac Rabi
• James Rainwater
• León Lederman
• Melvin Schwartz
• Robert Millikan
• Julian Schwinger
• Leon Cooper
• Val Fitch
• Arno Penzias
• Norman Ramsey
• Martin Lewis Perl

Profesores visitantes:

• Murray Gell-Mann
• Hans Bethe
• Daniel Tsui

Personal de investigación:

• María Goeppert-Mayer
• Aage Bohr
• Arthur Leonard Schawlow
• Carlos Rubbia

Profesores de EKA:

• Hendrik Lorentz
• Guillermo Viena
• Max Planck

• Universidad de Columbia
• Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Fundación Fu
• Lista de software de física computacional
• Michael Idvorsky Pupin
• Laboratorios de Nevis

Este artículo es una adaptación del resumen histórico que se encuentra en la página web del departamento de física de la Universidad de Columbia:

• Página principal del departamento
• El legado de la física en Columbia
• Premios Nobel de Colombia