Фрэнк Уилкоксон

Фрэнк Уилкоксон (англ. Frank Wilczek; род. 15 мая 1951, Нью-Йорк) — американский физик-теоретик, лауреат Нобелевской премии по физике (2004). Профессор Массачусетского технологического института (MIT), член Национальной академии наук США и Американской академии искусств и наук. Основные научные достижения связаны с квантовой хромодинамикой, теорией асимптотической свободы, аксионами и статистикой частиц.

Ранние годы и образование

Фрэнк Уилкоксон родился 15 мая 1951 года в Нью-Йорке в семье выходцев из Польши. Его отец, Сэмюэл Уилкоксон, был инженером-электриком, мать, Роуз Уилкоксон, — домохозяйкой. Интерес к физике проявился в раннем возрасте: в 12 лет Уилкоксон самостоятельно изучил основы квантовой механики по книгам из школьной библиотеки.

В 1968 году поступил в Чикагский университет, где в 1970 году получил степень бакалавра по математике. В 1972 году, в возрасте 21 года, защитил докторскую диссертацию (Ph.D.) по физике в Принстонском университете под руководством Сэма Треймана. Диссертация была посвящена свойствам частиц в квантовой теории поля.

Научная карьера

Асимптотическая свобода

В 1973 году, работая в Институте перспективных исследований в Принстоне, Уилкоксон совместно с Дэвидом Гроссом и Дэвидом Политцером открыл явление асимптотической свободы в квантовой хромодинамике (КХД). Это свойство сильного взаимодействия заключается в том, что на малых расстояниях (высоких энергиях) взаимодействие между кварками ослабевает, что позволяет применять теорию возмущений. Открытие стало ключевым для понимания сильных взаимодействий и привело к созданию КХД как фундаментальной теории сильного взаимодействия. За это достижение Гросс, Политцер и Уилкоксон были удостоены Нобелевской премии по физике в 2004 году.

Аксионы

В 1977 году Уилкоксон вместе с Стивеном Вайнбергом и Роберто Печчеи предсказал существование аксионов — гипотетических элементарных частиц, которые могли бы объяснить отсутствие нарушения CP-симметрии в сильных взаимодействиях (так называемая «сильная CP-проблема»). Аксионы до сих пор не обнаружены экспериментально, но остаются кандидатами на роль частиц тёмной материи. Поиски аксионов продолжаются в ряде экспериментов, включая ADMX (Axion Dark Matter Experiment) в США и CAST (CERN Axion Solar Telescope) в ЦЕРНе.

Статистика частиц и квантовые жидкости

В 1982 году Уилкоксон ввёл понятие «аньоны» (англ. anyons) — частиц, статистика которых отличается от бозонной и фермионной. Аньоны существуют в двумерных системах, таких как дробный квантовый эффект Холла. Это открытие привело к развитию топологической квантовой теории поля и имеет потенциальное применение в квантовых вычислениях. В 1984 году Уилкоксон совместно с Алексеем Китаевым предложил концепцию топологических квантовых вычислений, основанных на аньонах.

Работа в MIT и другие должности

С 1980 по 1988 год Уилкоксон работал профессором физики в Принстонском университете. В 1988 году перешёл в Массачусетский технологический институт (MIT), где стал профессором физики и директором Центра теоретической физики. В MIT он продолжает исследования в области квантовой теории поля, космологии и физики конденсированного состояния. Уилкоксон также является членом Института перспективных исследований в Принстоне и внештатным профессором Аризонского университета.

Основные научные работы

Уилкоксон опубликовал более 400 научных статей и несколько книг. Среди наиболее значимых:

• «Quantum Field Theory» (1988) — учебник по квантовой теории поля, написанный совместно с Джоном Швингером.
• «A Beautiful Question: Finding Nature’s Deep Design» (2015) — научно-популярная книга, получившая премию «Просветитель» (2016).
• «Fundamentals: Ten Keys to Reality» (2021) — книга, в которой Уилкоксон излагает основы современной физики для широкой аудитории.

Награды и признание

• Нобелевская премия по физике (2004) — совместно с Д. Гроссом и Д. Политцером «за открытие асимптотической свободы в теории сильных взаимодействий».
• Премия имени Лилиенфельда Американского физического общества (2003).
• Медаль имени Дирака (2004) — от Международного центра теоретической физики (ICTP).
• Премия имени Вольфа по физике (2010) — за вклад в квантовую хромодинамику и теорию аксионов.
• Медаль имени Оскара Клейна (2013) — от Стокгольмского университета.
• Член Национальной академии наук США (1992), Американской академии искусств и наук (1993), иностранный член Лондонского королевского общества (2016).

Личная жизнь

Уилкоксон женат на Бетси Дэвис, художнице и писательнице. У пары двое детей: сын Эли и дочь Мириам. В свободное время Уилкоксон увлекается живописью и музыкой, играет на фортепиано. Он также известен своей активной популяризацией науки, регулярно выступает с лекциями и пишет статьи для широкой аудитории.

Критика и споры

В 2015 году Уилкоксон подвергся критике со стороны некоторых физиков за свои взгляды на роль симметрии в природе. В книге «A Beautiful Question» он утверждал, что красота и симметрия являются фундаментальными принципами физики, что вызвало возражения со стороны сторонников более прагматичного подхода. Однако эти споры не привели к серьёзным научным разногласиям.

Интересные факты

• Уилкоксон является автором термина «аксион» (от лат. axis — ось), который он предложил в 1978 году.
• В 2010 году он получил премию «Золотая медаль» от Королевского общества Великобритании за вклад в физику.
• Уилкоксон активно участвует в проекте «Космический телескоп имени Джеймса Уэбба» (JWST), консультируя по вопросам физики тёмной материи и аксионов.

Источники

• Frank Wilczek. Nobel Lecture: Asymptotic Freedom: From Paradox to Paradigm. — Nobel Foundation, 2004.
• Wilczek, F. (1977). «Problem of Strong P and T Invariance in the Presence of Instantons». Physical Review Letters.
• Wilczek, F. (1982). «Quantum Mechanics of Fractional-Spin Particles». Physical Review Letters.
• Wilczek, F. (2015). A Beautiful Question: Finding Nature’s Deep Design. — Penguin Press.
• Gross, D., Politzer, H. D., Wilczek, F. (2004). «The Discovery of Asymptotic Freedom and the Emergence of QCD». Reviews of Modern Physics.
• Massachusetts Institute of Technology. Faculty Profile: Frank Wilczek. — MIT Physics Department.
• National Academy of Sciences. Member Directory: Frank Wilczek. — NAS, 1992.