Julian Schwinger

Julian Seymour Schwinger nació en la ciudad de Nueva York, hijo de padres judíos asquenazíes , Belle (de soltera Rosenfeld) y Benjamin Schwinger, un fabricante de prendas de vestir, ^{[ 4 ]} que había emigrado de Polonia a los Estados Unidos. Tanto su padre como sus abuelos maternos fueron prósperos fabricantes de ropa, aunque el negocio familiar decayó tras el crac de Wall Street de 1929. La familia seguía la tradición judía ortodoxa . El hermano mayor de Julian, Harold Schwinger, nació en 1911, siete años antes que Julian, quien nació en 1918. ^{[ 5 ]}

Schwinger fue un estudiante precoz. Asistió a la escuela secundaria Townsend Harris de 1932 a 1934, una escuela secundaria muy prestigiosa para estudiantes superdotados en aquel entonces. Durante la secundaria, Julian ya había comenzado a leer artículos de Physical Review de autores como Paul Dirac en la biblioteca del City College de Nueva York , en cuyo campus se encontraba entonces Townsend Harris. ^{[ 6 ]} Publicó su primer artículo a los diecisiete años. ^{[ 2 ]}

En el otoño de 1934, Schwinger ingresó al City College de Nueva York como estudiante de pregrado. En aquel entonces, el CCNY aceptaba automáticamente a todos los graduados de Townsend Harris, y ambas instituciones ofrecían matrícula gratuita. Debido a su gran interés en la física y las matemáticas, Julian tuvo un excelente desempeño en estas materias a pesar de faltar frecuentemente a clase y estudiar directamente de los libros. Por otro lado, su falta de interés en otras materias, como el inglés, le generó conflictos académicos con los profesores de dichas asignaturas. ^{[ 7 ]}

Después de que Julian ingresara al CCNY, su hermano Harold, quien ya se había graduado allí, le pidió a su excompañero de clase Lloyd Motz que lo conociera. Lloyd era instructor de física en el CCNY y candidato a doctorado en la Universidad de Columbia en ese momento. Lloyd lo conoció y pronto reconoció el talento de Julian. Al notar las dificultades académicas de Schwinger, Lloyd decidió pedirle ayuda a Isidor Isaac Rabi, a quien conocía en Columbia. Rabi también reconoció de inmediato las capacidades de Schwinger en su primer encuentro y luego hizo los arreglos necesarios para otorgarle una beca para estudiar en Columbia. Al principio, las malas calificaciones de Julian en algunas materias en el CCNY impidieron que se le concediera la beca. Pero Rabi persistió y le mostró a Hans Bethe , quien casualmente estaba de paso por Nueva York, un artículo inédito sobre electrodinámica cuántica escrito por Schwinger . La aprobación del artículo por parte de Bethe y su reputación en ese campo fueron suficientes para asegurar la beca para Julian, quien luego se transfirió a Columbia. Su situación académica en Columbia fue mucho mejor que en el CCNY. Fue admitido en la sociedad Phi Beta Kappa y recibió su licenciatura en 1936. ^{[ 8 ]}

Durante los estudios de posgrado de Schwinger, Rabi consideró que sería beneficioso para Julian visitar otras instituciones del país, y Julian recibió una beca de viaje para el año 37/38, la cual dedicó a trabajar con Gregory Breit y Eugene Wigner . Durante este tiempo, Schwinger, quien ya tenía la costumbre de trabajar hasta altas horas de la noche, perfeccionó aún más el cambio de horario, trabajando de noche y durmiendo de día, un hábito que mantendría a lo largo de su carrera. Posteriormente, Schwinger comentó que este cambio fue, en parte, una forma de conservar una mayor independencia intelectual y evitar ser "dominado" por Breit y Wigner, simplemente reduciendo el tiempo de contacto con ellos al trabajar en horarios diferentes. ^{[ 9 ]}

Schwinger obtuvo su doctorado bajo la supervisión de Rabi en 1939, a la edad de 21 años.

Durante el otoño de 1939, Schwinger comenzó a trabajar en la Universidad de California, Berkeley, bajo la dirección de J. Robert Oppenheimer , donde permaneció durante dos años como becario del NRC . ^{[ 10 ]}

El 8 de junio de 1947, Schwinger se casó con Clarice Carrol. No tuvieron hijos. ^{[ 11 ]}

Tras haber trabajado con Oppenheimer, el primer puesto académico regular de Schwinger fue en la Universidad de Purdue en 1941. Durante una licencia en Purdue, trabajó en el Laboratorio de Radiación del MIT en lugar del Laboratorio Nacional de Los Alamos durante la Segunda Guerra Mundial. Allí brindó apoyo teórico para el desarrollo del radar . Después de la guerra, Schwinger dejó Purdue para ir a la Universidad de Harvard , donde enseñó desde 1945 hasta 1974. En 1966, se convirtió en profesor Eugene Higgins de física en Harvard.

Schwinger desarrolló una afinidad por las funciones de Green a partir de su trabajo con radares, y utilizó estos métodos para formular la teoría cuántica de campos en términos de funciones de Green locales de forma relativista invariante. Esto le permitió calcular de manera inequívoca las primeras correcciones al momento magnético del electrón en electrodinámica cuántica. Trabajos anteriores no covariantes habían arrojado resultados infinitos, pero la simetría adicional en sus métodos permitió a Schwinger aislar las correcciones finitas correctas.

Schwinger desarrolló la renormalización , formulando la electrodinámica cuántica de manera inequívoca hasta el orden de un bucle.

En esa misma época, introdujo métodos no perturbativos en la teoría cuántica de campos, calculando la tasa de creación de pares electrón - positrón por efecto túnel en un campo eléctrico, un proceso conocido actualmente como el "efecto Schwinger". Este efecto no podía observarse en ningún orden finito mediante la teoría de perturbaciones.

El trabajo fundamental de Schwinger sobre la teoría cuántica de campos sentó las bases del marco moderno de las funciones de correlación de campos y sus ecuaciones de movimiento . Su enfoque partió de una acción cuántica y permitió, por primera vez, tratar a bosones y fermiones por igual, utilizando una forma diferencial de la integración de Grassmann . Proporcionó elegantes demostraciones del teorema de espín-estadística y del teorema CPT , y observó que el álgebra de campos conducía a términos de Schwinger anómalos en diversas identidades clásicas, debido a singularidades de corto alcance. Estos fueron resultados fundamentales en la teoría de campos, esenciales para la correcta comprensión de las anomalías .

En otro trabajo inicial destacable, Rarita y Schwinger formularon la ecuación de Rarita-Schwinger , utilizando un vector de espinores de Dirac como una forma concreta de la teoría abstracta de Pauli y Fierz del campo de espín 3/2. Para que el campo de espín 3/2 interactúe de forma consistente, se requiere alguna forma de supersimetría , y Schwinger lamentó posteriormente no haber profundizado lo suficiente en este trabajo como para descubrir la supersimetría.

En 1957, Schwinger predijo que los neutrinos vienen en múltiples variedades, una para el electrón y otra para el muón . ^{[ 12 ]} Hoy en día se sabe que hay tres neutrinos ligeros; el tercero es el compañero del leptón tau .

En la década de 1960, Schwinger formuló y analizó lo que ahora se conoce como el modelo de Schwinger , electrodinámica cuántica en una dimensión espacial y temporal, el primer ejemplo de una teoría de confinamiento . También fue el primero en sugerir una teoría de gauge electrodébil, una${\displaystyle SU(2)}$El grupo de indicadores se rompió espontáneamente a electromagnéticamente.${\displaystyle U(1)}$a grandes distancias. Su alumno Sheldon Glashow extendió este concepto hasta convertirlo en el modelo aceptado de unificación electrodébil. Intentó formular una teoría de la electrodinámica cuántica con monopolos magnéticos puntuales , un programa que tuvo un éxito limitado debido a que los monopolos interactúan fuertemente cuando el cuanto de carga es pequeño.

Tras haber dirigido 73 tesis doctorales, ^{[ 13 ]} Schwinger es conocido como uno de los asesores de posgrado más prolíficos en física. Cuatro de sus estudiantes ganaron premios Nobel: Roy Glauber , Benjamin Roy Mottelson , Sheldon Glashow y Walter Kohn (en química).

Schwinger tenía una relación compleja con sus colegas, ya que siempre buscó la investigación independiente, alejada de la corriente dominante. En particular, Schwinger desarrolló la teoría de la fuente , ^{[ 14 ]} una teoría fenomenológica para la física de partículas elementales, precursora de la teoría de campo efectiva moderna . Esta teoría trata los campos cuánticos como fenómenos de largo alcance y utiliza "fuentes" auxiliares que se asemejan a las corrientes en las teorías de campo clásicas. La teoría de la fuente es una teoría de campo matemáticamente consistente con resultados fenomenológicos claramente derivados. Las críticas de sus colegas de Harvard llevaron a Schwinger a dejar la facultad en 1972 para ir a UCLA . Se cuenta que Steven Weinberg , quien heredó la oficina de Schwinger en el Laboratorio Lyman , encontró allí un par de zapatos viejos con el mensaje implícito : "¿Crees que puedes llenarlos?". ^{[ 15 ] [ 16 ]} Basándose en la teoría de la fuente de Schwinger, Weinberg sentó las bases de la teoría de campo efectiva, más apreciada entre los físicos. A pesar del incidente de los zapatos, Weinberg le dio el crédito a Schwinger por la inspiración. ^{[ 17 ]}

En la UCLA, y durante el resto de su carrera, Schwinger continuó desarrollando la teoría de la fuente y sus diversas aplicaciones. Después de 1989, Schwinger mostró un gran interés por la investigación no convencional de la fusión fría . Escribió ocho artículos teóricos al respecto. Renunció a la Sociedad Estadounidense de Física tras su negativa a publicar sus trabajos. ^{[ 18 ]} Consideraba que la investigación sobre fusión fría estaba siendo reprimida y que se violaba la libertad académica. Escribió: «La presión para la conformidad es enorme. La he experimentado en el rechazo de artículos enviados por los editores, basado en críticas virulentas a revisores anónimos. La sustitución de la revisión imparcial por la censura será la muerte de la ciencia».

En sus últimas publicaciones, Schwinger propuso una teoría de la sonoluminiscencia como un fenómeno radiativo cuántico de largo alcance asociado no con átomos, sino con superficies de rápido movimiento en la burbuja en colapso, donde existen discontinuidades en la constante dieléctrica. El mecanismo de la sonoluminiscencia, ahora respaldado por experimentos, se centra en el gas sobrecalentado dentro de la burbuja como fuente de luz. ^{[ 19 ]}

Schwinger recibió conjuntamente el Premio Nobel de Física en 1965 por su trabajo en electrodinámica cuántica (QED), junto con Richard Feynman y Shin'ichirō Tomonaga . Schwinger ya había recibido numerosos premios y distinciones incluso antes de ganar el Nobel. Entre ellos se incluyen el primer Premio Albert Einstein (1951), la Medalla Nacional de Ciencia de Estados Unidos (1964), doctorados honoris causa en Ciencias por la Universidad de Purdue (1961) y la Universidad de Harvard (1962), y el Premio Naturaleza de la Luz de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos (1949). En 1987, Schwinger recibió el Premio Plato de Oro de la Academia Estadounidense del Logro . ^{[ 20 ]}

Como físico famoso, Schwinger fue comparado a menudo con otro físico legendario de su generación, Richard Feynman . Schwinger tenía una inclinación más formal y favorecía las manipulaciones simbólicas en la teoría cuántica de campos . Trabajó con operadores de campo locales y encontró relaciones entre ellos, y sentía que los físicos debían comprender el álgebra de campos locales, por muy paradójico que fuera. Por el contrario, Feynman era más intuitivo y creía que la física podía extraerse completamente de los diagramas de Feynman , que proporcionaban una imagen de partículas. Schwinger comentó sobre los diagramas de Feynman de la siguiente manera:

Al igual que los chips de silicio de años más recientes, el diagrama de Feynman estaba acercando la computación a las masas. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

Schwinger rechazaba los diagramas de Feynman porque consideraba que hacían que el estudiante se centrara en las partículas y olvidara los campos locales, lo que, en su opinión, dificultaba la comprensión. Llegó incluso a prohibirlos por completo en sus clases, a pesar de que los comprendía perfectamente. Sin embargo, la verdadera diferencia es más profunda, y Schwinger la expresó en el siguiente pasaje:

Finalmente, estas ideas dieron lugar a formulaciones lagrangianas o de acción de la mecánica cuántica, que aparecen en dos formas distintas pero relacionadas, que distingo como diferencial e integral . Esta última, impulsada por Feynman, ha recibido toda la atención de la prensa, pero sigo creyendo que el punto de vista diferencial es más general, más elegante y más útil. ^{[ 23 ]}

A pesar de compartir el Premio Nobel, Schwinger y Feynman tenían un enfoque diferente de la electrodinámica cuántica y de la teoría cuántica de campos en general. Feynman usaba un regulador , mientras que Schwinger pudo renormalizar formalmente a un bucle sin un regulador explícito. Schwinger creía en el formalismo de los campos locales, mientras que Feynman tenía fe en las trayectorias de las partículas. Siguieron de cerca el trabajo del otro y se respetaron mutuamente. Tras la muerte de Feynman, Schwinger lo describió como

Un hombre honesto, el intuicionista más destacado de nuestra época y un ejemplo perfecto de lo que le puede deparar a cualquiera que se atreva a seguir un camino diferente. ^{[ 24 ]}

Schwinger murió de cáncer de páncreas . Está enterrado en el cementerio Mount Auburn .${\displaystyle {\frac {\alpha }{2\pi }}}$, dónde${\displaystyle \alpha }$es la constante de estructura fina , está grabada sobre su nombre en su lápida. Estos símbolos se refieren a su cálculo de la corrección ("anómala") al momento magnético del electrón .