Gerard 't Hooft - Gerard 't Hooft

Gerard 't Hooft
Gerard 't Hooft.jpg
't Hooft im November 2008
Geboren ( 1946-07-05 )5. Juli 1946 (Alter 75)
Den Helder , Niederlande
Staatsangehörigkeit Niederländisch
Alma Mater Universität Utrecht
Bekannt für Quantenfeldtheorie
Quantengravitation
't-Hooft-Bedingung
't-Hooft-Polyakov-Monopol
't-Hooft-Symbol
't-Hooft-Operator
Feynman-'t-Hooft-Eichmaß
Komplementarität des Schwarzen Lochs
Minimales Subtraktionsschema
Holographisches Prinzip
Renormierung der Yang-Mills-Theorie
Dimensionsregularisierung
Renormon 1/N -Entwicklung
Auszeichnungen Heineman-Preis (1979)
Wolf-Preis (1981)
Lorentz-Medaille (1986)
Spinoza-Preis (1995)
Franklin-Medaille (1995)
Nobelpreis für Physik (1999)
Lomonosov-Goldmedaille (2010)
Wissenschaftlicher Werdegang
Felder Theoretische Physik
Institutionen Universität Utrecht
Doktoratsberater Martinus JG Veltmann
Doktoranden Robbert Dijkgraaf
Herman Verlinde
Max Welling

Gerardus ( Gerard ) ' t Hooft ( niederländisch:  [ˈɣeːrɑrt ət ˈɦoːft] ; * 5. Juli 1946) ist ein niederländischer theoretischer Physiker und Professor an der Universität Utrecht , Niederlande. Mit seinem Doktorvater Martinus JG Veltman teilte er sich 1999 den Nobelpreis für Physik „für die Aufklärung der Quantenstruktur elektroschwacher Wechselwirkungen “.

Seine Arbeit konzentriert sich auf Eichtheorie , Schwarze Löcher , Quantengravitation und grundlegende Aspekte der Quantenmechanik. Zu seinen Beiträgen zur Physik gehören der Beweis, dass Eichtheorien renormierbar sind , dimensionale Regularisierung und das holographische Prinzip .

Persönliches Leben

Er ist mit Albertha Schik (Betteke) verheiratet und hat zwei Töchter, Saskia und Ellen.

Biografie

Frühen Lebensjahren

Gerard't Hooft wurde am 5. Juli 1946 in Den Helder geboren , wuchs aber in Den Haag auf . Er war das mittlere Kind einer dreiköpfigen Familie. Er stammt aus einer Gelehrtenfamilie. Sein Großonkel war Nobelpreisträger Frits Zernike , und seine Großmutter war mit Pieter Nicolaas van Kampen, einem Professor für Zoologie an der Universität Leiden, verheiratet . Sein Onkel Nico van Kampen war (emeritierter) Professor für theoretische Physik an der Universität Utrecht, seine Mutter heiratete einen Schifffahrtsingenieur. Er trat in die Fußstapfen seiner Familie und interessierte sich schon früh für die Wissenschaft. Als ihn seine Grundschullehrerin fragte, was er als Erwachsener werden wolle, antwortete er: "Ein Mann, der alles weiß".

Nach der Grundschule besuchte Gerard das Dalton Lyceum, eine Schule, die die Ideen des Dalton-Plans anwendete, eine Erziehungsmethode, die ihm gut passte. Er zeichnete sich in naturwissenschaftlichen und mathematischen Kursen aus. Im Alter von 16 Jahren gewann er bei der zweiten niederländischen Mathe-Olympiade eine Silbermedaille .

Ausbildung

Nachdem Gerard 't Hooft 1964 sein Abitur bestanden hatte, schrieb er sich an der Universität Utrecht in das Physikprogramm ein. Er entschied sich für Utrecht anstelle des viel näher gelegenen Leidens, weil sein Onkel dort Professor war und er seine Vorlesungen besuchen wollte. Da er sich so auf die Wissenschaft konzentrierte, bestand sein Vater darauf, dass er dem Utrechtschen Studentenkorps beitrat, in der Hoffnung, dass er neben dem Studium etwas anderes machen würde. Das funktionierte einigermaßen, während seines Studiums war er Steuermann bei ihrem Ruderclub "Triton" und organisierte mit ihrem Wissenschaftsdiskussionsclub "Christiaan Huygens" einen nationalen Kongress für Wissenschaftsstudenten.

Im Laufe seines Studiums entschied er sich für das, was er als das Herzstück der theoretischen Physik ansah, die Elementarteilchen . Sein Onkel war gewachsen , das Thema und insbesondere die Praktiker nicht mögen, so , wenn es Zeit wurde seine ‚doctoraalscriptie‘ zu schreiben (früheren Namen des niederländischen Äquivalent einer Masterarbeit) im Jahr 1968, ‚t Hooft an den neu ernannten Professor wandte sich Martinus Veltman , der sich auf die Yang-Mills-Theorie spezialisierte , ein damals relativ Randthema, weil man dachte, dass diese nicht renormalisiert werden könnten . Seine Aufgabe war es, die Adler-Bell-Jackiw-Anomalie zu untersuchen , eine Diskrepanz in der Theorie des Zerfalls neutraler Pionen ; formale Argumente verbieten den Zerfall in Photonen , während praktische Berechnungen und Experimente zeigten, dass dies die primäre Form des Zerfalls war. Die Lösung des Problems war zu diesem Zeitpunkt völlig unbekannt und konnte von 't Hooft nicht bereitgestellt werden.

1969 begann 't Hooft seine Doktorarbeit mit Martinus Veltman als seinem Berater. Er würde an demselben Thema arbeiten, an dem Veltman arbeitete, der Renormalisierung der Yang-Mills-Theorien. 1971 erschien sein erster Artikel. Darin zeigte er, wie masselose Yang-Mills-Felder renormiert werden können, und war in der Lage, Beziehungen zwischen Amplituden abzuleiten, die von Andrei Slavnov und John C. Taylor verallgemeinert und als Slavnov-Taylor-Identitäten bekannt wurden .

Die Welt nahm kaum Notiz davon, aber Veltman war aufgeregt, weil er sah, dass das Problem, an dem er gearbeitet hatte, gelöst war. Es folgte eine Zeit intensiver Zusammenarbeit, in der sie die Technik der dimensionalen Regularisierung entwickelten . Bald stand 't Hoofts zweites Paper zur Veröffentlichung bereit, in dem er zeigte, dass Yang-Mills-Theorien mit massiven Feldern aufgrund spontaner Symmetriebrechungen renormiert werden können. Diese Arbeit brachte ihnen weltweite Anerkennung und würde dem Paar 1999 den Nobelpreis für Physik einbringen.

Diese beiden Papiere die Grundlage von ‚t Hooft Dissertation, gebildet The Renormalization Verfahren für die Yang-Mills - Felder , und er erhielt seinen Doktorgrad in 1972. Im selben Jahr heiratete er seine Frau, Albertha A. Schik, ein Student der Medizin in Utrecht .

Karriere

Gerard 't Hooft in Harvard

Nach seiner Promotion ging 't Hooft zum CERN in Genf, wo er ein Stipendium hatte. Er verfeinerte seine Methoden für die Yang-Mills-Theorien mit Veltman (der nach Genf zurückkehrte). In dieser Zeit interessierte er sich für die Möglichkeit, dass die starke Wechselwirkung als masselose Yang-Mills-Theorie beschrieben werden könnte, dh eine Art von einer Art, die er gerade als renormierbar und damit für detaillierte Berechnungen und Vergleiche mit Experimenten bewiesen hatte.

Nach 't Hoofts Berechnungen besaß diese Art von Theorie genau die richtigen Skalierungseigenschaften ( asymptotische Freiheit ), die diese Theorie nach tief inelastischen Streuexperimenten haben sollte . Dies stand im Gegensatz zu der damals verbreiteten Auffassung der Yang-Mills-Theorien , dass ihre Intensität wie bei Gravitation und Elektrodynamik mit zunehmendem Abstand zwischen den wechselwirkenden Teilchen abnehmen sollte; ein solches konventionelles Abstandsverhalten war nicht in der Lage, die Ergebnisse der tiefen inelastischen Streuung zu erklären, während die Berechnungen von 't Hooft dies vermochten.

Als 't Hooft 1972 auf einer kleinen Konferenz in Marseille seine Ergebnisse erwähnte, drängte ihn Kurt Symanzik , dieses Ergebnis zu veröffentlichen; aber 't Hooft nicht, und das Ergebnis wurde schließlich wiederentdeckt und 1973 von Hugh David Politzer , David Gross und Frank Wilczek veröffentlicht, was ihnen 2004 den Nobelpreis für Physik einbrachte .

1974 kehrte 't Hooft nach Utrecht zurück, wo er Assistenzprofessor wurde. 1976 wurde er als Gastdozent nach Stanford und als Morris Loeb Lecturer nach Harvard eingeladen . Seine älteste Tochter, Saskia Anne, wurde in Boston geboren , während seine zweite Tochter, Ellen Marga, 1978 nach seiner Rückkehr nach Utrecht, wo er zum ordentlichen Professor ernannt wurde, geboren wurde. Im akademischen Jahr 1987-1988 verbrachte 't Hooft zusammen mit Howard Georgi , Robert Jaffe und anderen ein Sabbatical am Physik-Department der Boston University , das vom damaligen neuen Lehrstuhlinhaber Lawrence Sulak arrangiert wurde .

2007 wurde 't Hooft Chefredakteur von Foundations of Physics , wo er versuchte, die Zeitschrift von der Kontroverse um die ECE-Theorie zu distanzieren . 't Hooft hatte die Position bis 2016 inne.

Am 1. Juli 2011 wurde er von der Universität Utrecht zum Distinguished Professor ernannt.

Ehrungen

1999 teilte sich 't Hooft mit seinem Doktorvater Veltman den Nobelpreis für Physik für die "Aufklärung der Quantenstruktur der elektroschwachen Wechselwirkungen in der Physik". Zuvor war seine Arbeit bereits durch andere namhafte Auszeichnungen gewürdigt worden. 1981 wurde ihm der Wolf-Preis verliehen , der nach dem Nobelpreis möglicherweise der bedeutendste Preis in der Physik. Fünf Jahre später erhielt er die Lorentz-Medaille , die alle vier Jahre in Anerkennung der wichtigsten Beiträge in der theoretischen Physik verliehen wird. 1995 war er einer der ersten Empfänger der Spinozapremie , der höchsten Auszeichnung für Wissenschaftler in den Niederlanden. Im selben Jahr wurde er auch mit einer Franklin-Medaille geehrt . Im Jahr 2000 erhielt 't Hooft den Golden Plate Award der American Academy of Achievement .

Seit seinem Nobelpreis hat 't Hooft eine Reihe von Auszeichnungen, Ehrendoktorwürden und Ehrenprofessuren erhalten. Er war zum Ritter geschlagener Kommandant im Orden des Niederländischen Löwen und Offizier der französischen Ehrenlegion . Der Asteroid 9491 Thooft wurde ihm zu Ehren benannt und er hat eine Verfassung für seine zukünftigen Bewohner geschrieben.

Er ist seit 1982 Mitglied der Königlich Niederländischen Akademie der Künste und Wissenschaften (KNAW), wo er 2003 zum Akademieprofessor ernannt wurde. Außerdem ist er ausländisches Mitglied vieler anderer Wissenschaftsakademien, darunter der französischen Académie des Sciences , der American National Academy of Sciences und American Academy of Arts and Sciences sowie das in Großbritannien und Irland ansässige Institute of Physics .

't Hooft ist in der dritten Staffel von Through the Wormhole mit Morgan Freeman aufgetreten .

Forschung

't Hoofts Forschungsinteresse lässt sich in drei Hauptrichtungen gliedern: 'Eichtheorien in der Elementarteilchenphysik', 'Quantengravitation und Schwarze Löcher' und 'Grundlagen der Quantenmechanik'.

Eichtheorien in der Elementarteilchenphysik

't Hooft ist vor allem für seine Beiträge zur Entwicklung von Eichtheorien in der Teilchenphysik bekannt. Der bekannteste davon ist der Beweis in seiner Doktorarbeit, dass Yang-Mills-Theorien renormierbar sind, für die er 1999 den Nobelpreis für Physik erhielt. Für diesen Beweis führte er (mit seinem Berater Veltman) die Technik der dimensionalen Regularisierung ein.

Nach seiner Promotion interessierte er sich für die Rolle von Eichtheorien bei der starken Wechselwirkung, deren führende Theorie als Quantenchromodynamik oder QCD bezeichnet wird. Ein Großteil seiner Forschung konzentrierte sich auf das Problem der Farbbeschränkung bei der QCD, dh die beobachtete Tatsache, dass bei niedrigen Energien nur farbneutrale Teilchen beobachtet werden. Dies führte ihn zu der Entdeckung, dass SU(N) -Eichtheorien im großen N- Limit vereinfachen , eine Tatsache, die sich bei der Untersuchung der vermuteten Übereinstimmung zwischen Stringtheorien in einem Anti-de-Sitter-Raum und konformen Feldtheorien in einem niedrigeren als wichtig erwiesen hat Abmessungen. Durch die Lösung der Theorie in einer Raum- und einer Zeitdimension konnte 't Hooft eine Formel für die Massen von Mesonen herleiten .

Er untersuchte auch die Rolle sogenannter Instanton- Beiträge bei der QCD. Seine Rechnung zeigte, dass diese Beiträge zu einer Wechselwirkung zwischen leichten Quarks bei niedrigen Energien führen, die in der Normalentheorie nicht vorhanden sind. Beim Studium von Instanton-Lösungen von Yang-Mills-Theorien entdeckte 't Hooft, dass das spontane Brechen einer Theorie mit SU(N)-Symmetrie in eine U(1) -Symmetrie zur Existenz magnetischer Monopole führt . Diese Monopole werden 't Hooft-Polyakov-Monopole genannt , nach Alexander Polyakov , der unabhängig das gleiche Ergebnis erzielte.

Als weiteres Stück im Puzzle der Farbbegrenzung führte 't Hooft 't Hooft Operatoren ein , die das magnetische Dual der Wilson-Schleifen sind . Mit diesen Operatoren konnte er verschiedene Phasen der QCD klassifizieren , die die Grundlage des QCD-Phasendiagramms bilden .

1986 konnte er endlich zeigen, dass Instanton-Beiträge die Adler-Bell-Jackiw-Anomalie , das Thema seiner Masterarbeit, lösen .

Quantengravitation und Schwarze Löcher

Als Veltman und 't Hooft nach seiner Promotion zum CERN wechselten, wurde Veltman auf die Möglichkeit aufmerksam, ihre dimensionalen Regularisierungstechniken für das Problem der Quantisierung der Gravitation einzusetzen. Obwohl bekannt war, dass die störende Quantengravitation nicht vollständig renormierbar war, waren sie der Meinung, dass wichtige Lektionen durch das Studium der formalen Renormierung der Theorie Ordnung für Ordnung gelernt werden sollten. Diese Arbeit würde durch fortgesetzt Stanley Deser und anderen Doktorandin von Veltman, Peter van Nieuwenhuizen , der späten Muster in den Normalisierungs gefunden Zähler Begriffe , die zur Entdeckung von LED - Supergravitation .

In den 1980er Jahren wurde 't Hooft auf das Thema Gravitation in 3 Raumzeitdimensionen aufmerksam. Zusammen mit Deser und Jackiw veröffentlichte er 1984 einen Artikel, in dem er die Dynamik des flachen Raums beschrieb, in dem die einzigen lokalen Freiheitsgrade sich ausbreitende Punktdefekte waren. Seine zurück Aufmerksamkeit auf dieses Modell an verschiedenen Punkten in der Zeit, die zeigen , dass Gott Paare nicht Ursache Kausalität verletzen zeit Schleifen , und zeigt , wie das Modell quantisiert werden. Vor kurzem schlug er vor, dieses stückweise flache Modell der Gravitation auf vier Raumzeitdimensionen zu verallgemeinern.

Mit Stephen Hawkings Entdeckung der Hawking-Strahlung von Schwarzen Löchern schien es, dass die Verdampfung dieser Objekte eine grundlegende Eigenschaft der Quantenmechanik, die Einheitlichkeit, verletzte . 't Hooft weigerte sich, dieses als Informationsparadoxon des Schwarzen Lochs bekannte Problem zu akzeptieren und nahm an, dass dies das Ergebnis der semiklassischen Behandlung von Hawking sein muss und dass es nicht in einer vollständigen Theorie der Quantengravitation erscheinen sollte. Er schlug vor, dass es möglich sein könnte, einige der Eigenschaften einer solchen Theorie zu studieren, indem man davon ausgeht, dass eine solche Theorie einheitlich ist.

Mit diesem Ansatz hat er argumentiert, dass Quantenfelder in der Nähe eines Schwarzen Lochs durch eine Theorie in einer niedrigeren Dimension beschrieben werden könnten. Dies führte zur Einführung des holographischen Prinzips durch ihn und Leonard Susskind .

Grundlegende Aspekte der Quantenmechanik

't Hooft hat "abweichende Ansichten zur physikalischen Interpretation der Quantentheorie ". Er glaubt, dass es eine deterministische Erklärung geben könnte, die der Quantenmechanik zugrunde liegt. Unter Verwendung eines spekulativen Modells hat er argumentiert, dass eine solche Theorie die üblichen Bell-Ungleichungsargumente vermeiden könnte, die eine solche Theorie der lokalen versteckten Variablen verbieten würden . 2016 veröffentlichte er eine Buchpräsentation seiner Ideen, die laut 't Hooft auf gemischte Reaktionen gestoßen ist.

Beliebte Veröffentlichungen

  • 't Hooft, Gerard (2008). Spielen mit Planeten . doi : 10.1142/6702 . ISBN 978-981-279-307-2.
  • 't Hooft, Gerard (1996). Auf der Suche nach den ultimativen Bausteinen . doi : 10.1017/CBO9781107340855 . ISBN 9780521550833.
  • 't Hooft, Gerard (2014). Zeit in Zehnerpotenzen . doi : 10.1142/8786 . ISBN 978-981-4489-80-5.

Siehe auch

Verweise

Externe Links