stringtranslate.com

Джон Клайв Уорд

Джон Клайв Уорд , FRS (1 августа 1924 – 6 мая 2000) был англо-австралийским физиком, внесшим значительный вклад в квантовую теорию поля, физику конденсированного состояния и статистическую механику. Андрей Сахаров называл Уорда одним из титанов квантовой электродинамики.

Уорд ввел тождество Уорда–Такахаши . Он был одним из авторов Стандартной модели взаимодействия калибровочных частиц: его вклад был опубликован в серии статей, которые он написал в соавторстве с Абдусом Саламом . Ему также приписывают то, что он был одним из первых сторонников использования диаграмм Фейнмана . Говорят, что физики использовали его принципы и разработки «часто не зная об этом и, как правило, не цитируя его». [1] Модель Изинга была еще одним из его исследовательских интересов.

В 1955 году Уорд был принят на работу в Исследовательский центр атомного оружия в Олдермастоне . Там он независимо разработал версию конструкции Теллера-Улама , за что его называли «отцом британской водородной бомбы». [2]

Ранний период жизни

Джон Клайв Уорд родился в Ист-Хэме , Лондон , [3] 1 августа 1924 года. [1] Он был сыном Джозефа Уильяма Уорда, государственного служащего , работавшего в Inland Revenue , [3] [4] и его жены Уинифред, урожденной Палмер, школьной учительницы. У него была сестра Мэри Патрисия. Он учился в начальной школе Чалквелл и средней школе для мальчиков Уэстклифф . В 1938 году он сдал экзамен и выиграл стипендию в размере 100 фунтов стерлингов в колледже епископа Стортфорда . В 1942 году он сдал экзамен на аттестат о среднем образовании , получив отличия по математике, физике, химии и латыни, и ему предложили должность магистра (стипендию) в колледже Мертон, Оксфорд . [3] [5]

Хотя в то время бушевала Вторая мировая война , Уорд не был призван в армию и ему разрешили закончить бакалавриат по инженерным наукам с отличием , изучая математику у Дж. Х. К. Уайтхеда и Э. К. Титчмарша . Он получил стипендию от Harmsworth Trust и в октябре 1946 года, после окончания войны, получил должность ассистента Мориса Прайса , который недавно был назначен профессором теоретической физики в Оксфорде. [3]

Научный вклад

Общее количество опубликованных работ Уорда составило всего около 20, что отражает его сильное чувство самокритики. Он также критиковал то, что он называл «фабриками докторских диссертаций», и выражал скептицизм по поводу важности, придаваемой большому количеству цитирований. [6] Он никогда не руководил аспирантами. [3] Он получил несколько значительных наград, включая медаль Гатри и медаль Дирака Университета Нового Южного Уэльса в 1981 году, премию Хайнемана в 1982 году и медаль Хьюза в 1983 году «за его весьма влиятельный и оригинальный вклад в квантовую теорию поля, в частности, тождество Уорда и теорию слабых взаимодействий Салама–Уорда». [7] Он стал членом Королевского общества в 1965 году. [3] [8]

Андрей Сахаров сказал, что Уорд был одним из «титанов» квантовой электродинамики наряду с Фрименом Дайсоном , Ричардом Фейнманом , Джулианом Швингером , Син-Итиро Томонагой и Джан Карло Уиком . [9] В этой связи было сказано, что физики использовали его принципы и разработки «часто не зная об этом и, как правило, не цитируя его». [1]

Квантовая запутанность

В 1947 году Уорд и Прайс опубликовали статью в журнале Nature , в которой они впервые вычислили и использовали амплитуды вероятности для поляризации пары квантово-запутанных фотонов, движущихся в противоположных направлениях. [10] [11] Для поляризаций x и y Уорд вывел эту амплитуду вероятности следующим образом: [11]

что можно нормализовать как: [11] [12]

Это можно использовать для вывода корреляции поляризации двух фотонов. [10] Их предсказание было экспериментально подтверждено Цзянь-Шюн У и И. Шахновым в 1950 году. [13] Это было первое экспериментальное подтверждение пары запутанных фотонов, применимых к парадоксу Эйнштейна-Подольского-Розена (ЭПР) . [14] Результат впоследствии был объяснен Ричардом Далитцем и Фрэнком Дуарте . [11] [1] [15] Очевидно, следуя доктрине Дирака , Уорд никогда не беспокоился о вопросах интерпретации в квантовой механике . [12]

С окончанием срока его стипендии Хармсворта и видя мало перспектив в Оксфорде, Уорд откликнулся на объявление о работе в Сиднейском университете . Ему предложили должность, но когда он прибыл, то обнаружил, что это должность репетитора, а не лектора . Поэтому он проработал год, а затем вернулся в Оксфорд, чтобы завершить свою докторскую диссертацию по философии (D.Phil.) на тему «Некоторые свойства элементарных частиц». Уорд ожидал, что его диссертация, являющаяся развитием его статьи 1947 года, будет легко одобрена внешним экзаменатором Николасом Кеммером , но в последнюю минуту место Кеммера занял Рудольф Пайерлс , который отказался ее принять. Только после убедительных аргументов внутреннего экзаменатора Дж. де Витта диссертация была удостоена награды. [3] [16]

личность подопечного

Прайс организовал для Уорда получение премии от Департамента научных и промышленных исследований (DSIR) на два года. Именно тогда он разработал тождество Уорда–Такахаши , первоначально известное как «тождество Уорда» (или «тождества Уорда»). [1] [3] [17] Этот результат в квантовой электродинамике был вдохновлен гипотезой Фримена Дайсона [18] и был раскрыт в письме на полстраницы, типичном для лаконичного стиля Уорда. В своей книге «Квантовая электродинамика » Уолтер Грейнер и Иоахим Рейнхардт  [де] утверждают в своем обсуждении перенормировки заряда : «тождество Уорда имеет гораздо более фундаментальное значение: оно обеспечивает универсальность электромагнитного взаимодействия ». [19] В своей книге «Загадка бесконечности » Фрэнк Клоуз писал: «тождества Уорда являются основными основаниями, на которых покоится все здание перенормировки». [2]

В 1950 году стипендия Уорда DSIR подходила к концу. Прайс стал приглашенным профессором в Институте перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси , а коллеги Уорда П. Т. Мэтьюз и Абдус Салам были приглашенными членами там в 1950–1951 учебном году. Благодаря им он смог обеспечить членство стоимостью 3000 долларов на 1951–1952 учебный год. Именно в Принстоне он познакомился с моделью Изинга и встретил Марка Каца из Корнелльского университета , с которым он сотрудничал над точным решением модели Изинга с использованием комбинаторного метода. [3] [20] [21] Его совместная работа с Кацем над моделью Изинга привела к появлению того, что сейчас называется оператором Каца-Уорда. [20] [22] Когда его членство закончилось, он работал в Bell Laboratories в 1952 и 1953 годах. [1] Затем он принял предложение Берта Грина читать лекции в Университете Аделаиды , где он проработал год, прежде чем снова стать членом Института перспективных исследований. [3]

Стандартная модель

Теорема Латтинжера (введенная Дж. М. Латтинжером и Уордом) связывает плотность частиц ферми-жидкости с объемом, ограниченным ее поверхностью Ферми.

Уорд оставил британскую программу водородной бомбы и устроился на работу в электронную компанию в Калифорнии. Позже в 1956 году Эллиот Монтролл предложил ему должность приглашенного профессора в Университете Мэриленда . [3] Отметив недавнюю работу Кейта Брукнера и Мюррея Гелл-Манна об энергии основного состояния электронного газа , Уорд прочитал лекцию, в которой предложил другой подход. Монтролл понял, что это была теория Дебая-Хюккеля . В течение следующих нескольких недель Уорд позже вспоминал: «Нам удалось не только создать окончательное расширение ранее чисто классической теории, но и установить правила для диаграммной обработки проблем в квантовой статистической механике, правила, которые теперь являются хлебом и маслом современных вычислений». [3]

Вскоре после этого физики были потрясены новостью о том, что Ву и Цзун-Дао Ли продемонстрировали в эксперименте Ву , что четность не сохраняется в слабых взаимодействиях . Это вдохновило Уорда снова рассмотреть физику элементарных частиц. Наряду со многими другими, он рассматривает, как калибровочная теория может быть применена к теории бета-распада Ферми . [3] Уорд стал одним из авторов Стандартной модели взаимодействия калибровочных частиц; его вклад в электромагнитные и слабые взаимодействия был опубликован в серии статей, которые он написал в соавторстве с Абдусом Саламом . [23] [24] [25] [26] Уорд написал записку Абдусу, сообщив ему, что Альберт Эйнштейн будет вращаться в своей могиле, предположительно по часовой стрелке. [3]

Вклад Салама и Уорда в Стандартную модель был использован при разработке теоретической структуры бозона Хиггса . [27] Уорд также внес вклад в квантовую механику , [16] [28] теорию фермионов, [29] квантовую физику твердого тела , [30] а также статистическую механику и модель Изинга. [31]

Олдермастон

В 1955 году Уорд был нанят Уильямом Куком для работы над британской программой водородной бомбы в Исследовательском центре атомного оружия в Олдермастоне . Британское правительство решило, что ему нужны водородные бомбы , и задачей Олдермастона было разработать одну. [32] Кук был назначен ответственным за проект в сентябре 1954 года. Уорд был единственным физиком-теоретиком в Олдермастоне; директор Уильям Пенни , хотя и был физиком, был экспертом по гидродинамике и приборостроению. Пенни не был рад, что Уорд навязывался ему, и они не ладили. [33] Джон Корнер вспоминал, что Уорд не вписывался в Олдермастон. [32]

Британские знания о термоядерных конструкциях ограничивались работой, проделанной во время Манхэттенского проекта : «Классический супер » Эдварда Теллера [3] и конструкцией 1946 года Джона фон Неймана и Клауса Фукса . Все , что было известно наверняка об американской конструкции водородной бомбы, это то, что она имела несколько стадий. [32] «Мне поручили», — вспоминал позже Уорд, — «невероятную работу по раскрытию секрета изобретения Улама-Теллера... гениальная идея, далеко превосходящая таланты персонала в Олдермастоне, факт, хорошо известный и Куку, и Пенни». [33]

Проработав большое количество предложений, Уорд наткнулся на работоспособный проект, включающий ступенчатую организацию, сжатие и радиационную имплозию. [1] [33] На встрече 2 декабря 1955 года Уорд набросал его на доске. Реакция Пенни была прохладной, он считал проект слишком сложным, но Кук признал его достойным. Хотя проект Уорда не был в конечном итоге принят для водородных бомб, использованных в операции Grapple , концепция была влиятельной, [3] [32] и разработка более совершенного проекта, чем тот, что был у американцев, стала бы ключом к достижению общей цели проекта — возобновлению особых ядерных отношений с американцами. [33] [34] Его называли «отцом британской водородной бомбы». [2]

Университет Маккуори

После Мэриленда Уорд искал новую работу. Он думал, что нашел ее в Университете Майами во Флориде , но ему отказали в постоянном штате, и он ушел в 1959 году. Затем он получил должность в Университете Карнеги-Меллона в Питтсбурге, штат Пенсильвания , но был там несчастлив. Он снова подал заявку на годичное членство в Институте перспективных исследований и был принят в третий раз. Затем Теодор Х. Берлин предложил ему должность в Университете Джонса Хопкинса в 1961 году. Он оставался там до 1966 года, когда он ответил на объявление о вакансии профессора математики в Университете Виктории в Веллингтоне в Новой Зеландии. Австралийские друзья были поражены тем, что кто-то выбрал Новую Зеландию вместо Австралии. В Университете Маккуори в Сиднее его приветствовал профессор Питер Мейсон в 1968 году с профессорской должностью. Он отклонил предложения из Оксфорда и Кембриджа. [3] [1] В конце концов он стал гражданином Австралии. [6]

В 1967 году он создал программу по физике в Университете Маккуори, используя Лекции Фейнмана по физике в качестве основных учебников. Эта программа имела сильный экспериментальный акцент, и сам Уорд (который изначально получил инженерное образование) «был большим восхищением всем практическим». [6] Ему приписывают то, что он был одним из первых пионеров в использовании диаграмм Фейнмана и распространение их использования в Австралии. [35] В конце 1970-х годов Уорд участвовал вместе с Фрэнком Дуарте в успешном движении за реформу науки в Университете Маккуори , [36] и считал это «важнейшим достижением». [6] Наиболее заметным признаком было то, что университет согласился представить степени бакалавра наук (BSc) вместо просто степеней бакалавра искусств (BA), первая из которых более ценилась студентами и рабочими местами в Австралии. [3]

Личная жизнь и смерть

Помимо физики, Уорд играл на пианино и валторне . Уорд играл на пианино на публичных выступлениях, например, в августе 1968 года, играя Грига в Блэктаун Таун Холле, Сидней. Он был холостяком большую часть своей жизни, но он был недолго женат, находясь в США. У него не было детей. [3] Он умер на острове Ванкувер в Британской Колумбии , Канада, 6 мая 2000 года от респираторного заболевания. [1]

Ссылки

  1. ^ abcdefghi Далиц, Ричард Х .; Дуарте, Фрэнк Дж. (октябрь 2000 г.). «Джон Клайв Уорд». Physics Today . 53 (10): 99–100. Bibcode : 2000PhT....53j..99D. doi : 10.1063/1.1325207 .
  2. ^ abc Close, Frank (2011). Головоломка бесконечности . Оксфорд: Oxford University Press. стр. 90. ISBN 978-0-19-959350-7.
  3. ^ abcdefghijklmnopqrs Уорд, Джон Клайв (2004). «Мемуары физика-теоретика» (PDF) . Рочестер, Нью-Йорк: Optics Journal . Получено 2 января 2016 г.
  4. ^ "№ 28490". The London Gazette . 2 мая 1911. стр. 3340.
  5. ^ Levens, RGC, ред. (1964). Merton College Register 1900–1964 . Оксфорд: Basil Blackwell. стр. 335.
  6. ^ abcd Дуарте, Ф. Дж. (2009). «Человек, стоящий за идентичностью в квантовой электродинамике» (PDF) . Australian Physics . 46 (6): 171–175.
  7. ^ "Джон Клайв Уорд". Macquarie University . Архивировано из оригинала 4 января 2017 года . Получено 4 января 2017 года .
  8. ^ Домби, Норман (2021). «Джон Клайв Уорд. 1 августа 1924 г. — 6 мая 2000 г.». Биографические мемуары членов Королевского общества . 70 : 419–440. doi : 10.1098/rsbm.2020.0023 . S2CID  231938446.
  9. ^ Сахаров, Андрей (1990). Мемуары . Нью-Йорк: Кнопф. п. 84. ИСБН 978-0-394-53740-5. OCLC  21303910.
  10. ^ ab Pryce, MHL; Ward, JC (1947). "Эффекты угловой корреляции с аннигиляционным излучением". Nature . 160 (4065): 435. Bibcode :1947Natur.160..435P. doi : 10.1038/160435a0 . S2CID  4101513.
  11. ^ abcd Duarte, FJ (2012). «Происхождение экспериментов по квантовой запутанности на основе измерений поляризации». The European Physical Journal H. 37 ( 2): 311–318. Bibcode :2012EPJH...37..311D. doi :10.1140/epjh/e2012-20047-y. S2CID  122007033.
  12. ^ ab Duarte, FJ (2014). Квантовая оптика для инженеров . Нью-Йорк: CRC. стр. 273. ISBN 978-1-4398-8853-7. OCLC  871400712.
  13. ^ Wu, CS; Shaknov, I. (1950). "Угловая корреляция рассеянного аннигиляционного излучения". Physical Review . 77 (1): 136. Bibcode : 1950PhRv...77..136W. doi : 10.1103/PhysRev.77.136.
  14. ^ Далитц, Р. Х.; Дуарте, Ф. Дж. (2000). «Джон Клайв Уорд». Physics Today . 53 (10): 99. Bibcode : 2000PhT....53j..99D. doi : 10.1063/1.1325207 .
  15. ^ Дуарте, Ф. Дж. (2013). «Амплитуда вероятности для запутанных поляризаций: интерферометрический подход». Журнал современной оптики . 60 (8): 1585–1587. Bibcode : 2013JMOp...60.1585D. doi : 10.1080/09500340.2013.844282. S2CID  121059369.
  16. ^ ab Ward, JC (1949). Некоторые свойства элементарных частиц (диссертация доктора философии). Оксфордский университет . Получено 2 января 2017 г.
  17. ^ JC Ward (1950). "Идентичность в квантовой электродинамике". Phys. Rev. 78 ( 2): 182. Bibcode :1950PhRv...78..182W. doi :10.1103/PhysRev.78.182.
  18. ^ Дайсон, Ф. Дж. (1949). «S-матрица в квантовой электродинамике». Physical Review . 75 (21): 1736–1755. Bibcode : 1949PhRv...75.1736D. doi : 10.1103/PhysRev.75.1736.
  19. ^ Грейнер, Вальтер ; Рейнхардт, Иоахим (2009). Квантовая электродинамика . Берлин: Springer. стр. 319. ISBN 978-3-540-87560-4. OCLC  920255774.
  20. ^ ab Кац, М.; Уорд, Дж. К. (1952). «Комбинаторное решение двумерной модели Изинга». Physical Review . 88 (6): 1332–1337. Bibcode : 1952PhRv...88.1332K. doi : 10.1103/PhysRev.88.1332.
  21. ^ Поттс, Р. Б.; Уорд, Дж. К. (1955). «Комбинаторный метод и двумерная модель Изинга». Progress of Theoretical Physics . 13 (1 год=1955): 38–46. Bibcode :1955PThPh..13...38P. doi : 10.1143/PTP.13.38 .
  22. ^ Чехов, ЛО (1999). «Спектральная задача о графах и L-функциях». Математические обзоры . 54 (6): 1197–1232. arXiv : cond-mat/9911244 . Bibcode :1999RuMaS..54.1197C. doi :10.1070/RM1999v054n06ABEH000231. S2CID  18689477.
  23. ^ Салам, А .; Уорд, Дж. К. (1959). «Слабые и электромагнитные взаимодействия». Nuovo Cimento . 11 (4): 568–577. Bibcode : 1959NCim...11..568S. doi : 10.1007/BF02726525.
  24. ^ Салам, А.; Уорд, Дж. К. (1961). «О калибровочной теории элементарных взаимодействий». Nuovo Cimento . 19 (1): 165–170. Bibcode : 1961NCim...19..165S. doi : 10.1007/BF02812723. S2CID  122962512.
  25. ^ Салам, А .; Уорд, Дж. К. (1964). «Электромагнитные и слабые взаимодействия». Physics Letters . 13 (2): 168–171. Bibcode : 1964PhL....13..168S. doi : 10.1016/0031-9163(64)90711-5.
  26. ^ Салам, А.; Уорд, Дж. К. (1964). «Калибровочная теория элементарных взаимодействий». Physical Review . 136 (3B): B763–B768. Bibcode : 1964PhRv..136..763S. doi : 10.1103/PhysRev.136.B763.
  27. ^ Хиггс, П. В. (1966). «Спонтанное нарушение симметрии без безмассовых бозонов». Physical Review . 145 (4): 1156–1163. Bibcode : 1966PhRv..145.1156H. doi : 10.1103/PhysRev.145.1156 .
  28. ^ Монтролл, Э. У .; Уорд, Дж. К. (1958). «Квантовая статистика взаимодействующих частиц; Общая теория и некоторые замечания о свойствах электронного газа». Физика жидкостей . 1 (1): 55–72. Bibcode : 1958PhFl....1...55M. doi : 10.1063/1.1724337.
  29. ^ Латтингер, Дж. М .; Уорд, Дж. К. (1960). «Энергия основного состояния и многофермионная система». Physical Review . 118 (5): 1417–1427. Bibcode : 1960PhRv..118.1417L. doi : 10.1103/PhysRev.118.1417.
  30. ^ Уорд, Дж. К.; Уилкс, Дж. (1952). «Второй звук и термомеханический эффект при очень низких температурах». Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 43 (336): 48–50. doi :10.1080/14786440108520965.
  31. ^ Монтролл, Э. У.; Поттс, Р. Б.; Уорд, Дж. К. (1963). «Корреляции и спонтанная намагниченность двумерной модели Изинга». Журнал математической физики . 4 (2): 308–322. Bibcode : 1963JMP.....4..308M. doi : 10.1063/1.1703955.
  32. ^ abcd Арнольд, Лорна ; Пайн, Кэтрин (2001). Британия и водородная бомба . Бейзингсток: Palgrave. стр. 80–88, 244–245. ISBN 978-0-333-73685-2. OCLC  925315618.
  33. ^ abcd Домби, Норман; Гроув, Эрик (22 октября 1992 г.). «Британский термоядерный блеф». London Review of Books . Получено 4 января 2017 г.
  34. ^ Кэткарт, Брайан (12 сентября 1994 г.). «Миф развеян: мы не блефовали, чтобы заполучить Бомбу: в пятидесятые годы у Британии было самое мощное оружие в мире, говорит Брайан Кэткарт». The Independent . Получено 3 января 2017 г.
  35. ^ Кайзер, Дэвид (2005). Разрыв теорий: дисперсия диаграмм Фейнмана в послевоенной физике . Чикаго: Чикагский университет. С. 121–124. ISBN 978-0-226-42266-4.
  36. ^ Мэнсфилд, Б.; Хатчинсон, М. (1992). Свобода возможностей: история Университета Маккуори 1964–1989 . Сидней: Hale and Iremonger. стр. 115–118.