Кристофер Т. Хилл

американский физик-теоретик

Кристофер Т. Хилл (родился 19 июня 1951 года) — американский физик-теоретик из Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми , который закончил бакалавриат по физике в Массачусетском технологическом институте (бакалавр наук, магистр наук, 1972 год) и аспирантуру в Калифорнийском технологическом институте (доктор философии, 1977 год, Мюррей Гелл-Манн ^[1] ). Кандидатская диссертация Хилла «Скаляры Хиггса и нелептонные слабые взаимодействия» (1977 год) содержит одно из первых подробных обсуждений модели двухдублетного Хиггса и ее влияния на слабые взаимодействия. ^[2] Его работа в основном сосредоточена на новой физике, которую можно исследовать в лабораторных экспериментах или космологии.

Хилл является создателем, совместно с Уильямом А. Бардином и Манфредом Линднером , идеи о том, что бозон Хиггса состоит из верхних и антиверхних кварков. Это вытекает из концепции инфракрасной фиксированной точки верхнего кварка ^[3] , с помощью которой Хилл предсказал (1981), что верхний кварк будет очень тяжелым, вопреки большинству популярных идей того времени. Предсказание фиксированной точки лежит в пределах 20% от наблюдаемой массы верхнего кварка (1995). Это означает, что верхние кварки могут быть сильно связаны на очень коротких расстояниях и могут образовывать составной бозон Хиггса, что привело к конденсатам верхнего кварка ^[4] верхнему цвету [ ^{5] [6]} и размерной деконструкции , перенормируемому решеточному описанию дополнительных измерений пространства. ^[7] Первоначальная модель минимальной верхней конденсации предсказывала массу бозона Хиггса примерно в два раза больше наблюдаемого значения 125 ГэВ, но расширения теории достигают согласованности с массами как бозона Хиггса, так и верхнего кварка. Несколько новых тяжелых бозонов Хиггса, таких как связанное скалярное состояние b-кварка, могут быть доступны для LHC . [ ^{8] [9] [10]}

Хилл был соавтором (совместно с Элизабет Х. Симмонс ) всеобъемлющего обзора сильных динамических теорий и нарушения электрослабой симметрии, который сформировал многие экспериментальные поиски новой физики на Тэватроне и Большом адронном коллайдере . ^[11]

Тяжело-легкие мезоны содержат тяжелый кварк и легкий антикварк и дают окно в динамику киральной симметрии одного легкого кварка. Хилл и Бардин показали, что основные состояния (спиновой) ^{четности} отделены от партнеров по четности универсальной массовой щелью около из- за нарушения киральной симметрии легкого кварка . ^[12] Это правильно предсказало аномально долгоживущий резонанс, (и теперь подтвержденный ), за десять лет до его открытия, и многочисленные моды распада, которые были подтверждены экспериментом. ^[13] Аналогичные явления должны наблюдаться в мезонах и (тяжело-тяжело-странных барионах). ${\displaystyle (0^{-},1^{-})}$ ${\displaystyle (0^{+},1^{+})}$ ${\displaystyle ~\Delta M\approx 350{\text{ MeV,}}~}$ ${\displaystyle D_{s0^{+}}^{*}(2317)}$ ${\displaystyle D_{s1^{+}}^{*}(2460)}$ ${\displaystyle B_{s}}$ ${\displaystyle ccs,bcs,bbs}$

Хилл внес вклад в теорию топологических взаимодействий и, вместе с соавторами, первым получил полный член Весса-Зумино-Виттена для стандартной модели, которая описывает физику хиральной аномалии в лагранжианах, включая псевдоскаляры, векторные мезоны со спином 1 и и . Член WZW требует нетривиального контрчлена для отображения «согласованной» аномалии в «ковариантную» аномалию, как диктуется сохраняющимися токами стандартной модели. С полным членом WZW были обнаружены новые аномальные взаимодействия, такие как вершина . Это приводит к тому, где находится тяжелое ядро, и может способствовать избыточным фотонам, наблюдаемым в экспериментах с нейтрино низкой энергии. ^[14] Результат воспроизводит нарушение B+L аномалией в стандартной модели и предсказывает множество других аномальных процессов. Хилл дал вывод коэффициентов согласованных и ковариантных хиральных аномалий (четные D) и членов Черна-Саймонса (нечетные D), не прибегая к фермионным петлям, из конструкции монополя Дирака и ее обобщения («браны Дирака») на более высокие измерения. ^[15] ${\displaystyle W^{\pm }}$ ${\displaystyle Z^{0}}$ ${\displaystyle \gamma \omega Z^{0}}$ ${\displaystyle \nu +X\rightarrow \nu +\gamma +X}$ ${\displaystyle X}$

Хилл является создателем космологических моделей темной энергии и темной материи , основанных на псевдо-Намбу-Голдстоуновских бозонах сверхмалой массы, связанных с симметриями масс нейтрино. Он предположил, что космологическая константа связана с массой нейтрино, как ^{[16] [17]} и разработал современные теории происхождения сверхвысокоэнергетических нуклонов и нейтрино из реликтов великого объединения. ^{[18] [19] [20] [21]} Он показал, что космическое аксионное поле будет индуцировать эффективный осциллирующий электрический дипольный момент для любого магнита. ^{[22] [23]} ${\displaystyle \Lambda \sim m_{\nu }^{4}}$

В неопубликованном докладе на семинаре по квантовой космологии в Ванкувере (май 1990 г.) Хилл обсудил возможные роли бозонов Намбу-Голдстоуна в космологии и предположил, что псевдо-бозон Намбу-Голдстоуна может обеспечить «естественный инфлатон», частицу, ответственную за космическую инфляцию . Он отметил, что для этого требуется спонтанно нарушенная глобальная симметрия, такая как U(1), вблизи масштаба Планка, и явное нарушение симметрии вблизи масштаба Великого объединения. Идея казалась ad hoc, однако последующая работа над теориями инвариантов Вейля предложила лучшее обоснование для сценария естественной инфляции, связанного с физикой масштаба Планка. Хилл сотрудничал с Грэмом Россом и Педро Г. Феррейрой и сосредоточился на спонтанно нарушенной симметрии масштаба (или симметрии Вейля ), где масштаб гравитации ( масса Планка ) и инфляционная фаза ультраранней Вселенной генерируются вместе как часть единого явления, названного «нарушением инерционной симметрии». Нарушение симметрии Вейля происходит, потому что ток Нётера является производной скалярного оператора, называемого «ядром». В течение периода допланковского расширения любой сохраняющийся ток должен сместиться в красную область до нуля, поэтому ядрёный ток приближается к постоянному значению, которое определяет массу Планка, и действие Эйнштейна-Гильберта общей теории относительности является эмерджентным. Теория хорошо согласуется с космологическими наблюдениями. ^{[24] [25] [26]}

Хилл вернулся к вопросу о составных скалярах в релятивистской теории поля, разработав новый аналитический подход к связанным состояниям хиральных фермионов путем обобщения модели Намбу--Йона-Лазинио на неточечные взаимодействия. ^{[27] [28]} Он считает, что наиболее важной задачей программы CERN LHC является определение того, является ли бозон Браута-Энглерта-Хиггса точечной фундаментальной частицей или составным связанным состоянием вблизи шкалы энергий ТэВ. Первый случай может свидетельствовать о некоторой еще не разработанной версии Суперсимметрии; последний случай будет подразумевать новую динамику.

Академические должности и почести

• Заслуженный ученый, почетный ученый Фермилаба ;
• Заведующий отделом теоретической физики Фермилаб (2005 - 2012);
• Приглашенный ученый, CERN-TH, Женева, Швейцария (1987-1988);
• Член Американского физического общества (избран в 1989 г.); ^[29]
• Преподаватель Артура Х. Комптона, Чикагский университет, весна (1979);
• Приглашенный научный сотрудник Оксфордского университета (1980);
• Профессор физики (приглашенный), Чикагский университет (1996–2000);
• Стипендиат Гамбринуса, Университет Дортмунда (2005);
• ван Винтер, преподаватель, Университет Кентукки (2009);
• Приглашенный профессор, Институт корпускулярной физики, Валенсия, Испания (2019)
• Почетный член Висконсинского университета в Мадисоне (2024 — настоящее время).

Книги и статьи

Хилл является автором трех популярных книг совместно с лауреатом Нобелевской премии Леоном Ледерманом о физике и космологии, а также о запуске Большого адронного коллайдера .

• Симметрия и прекрасная Вселенная, Кристофер Т. Хилл и Леон М. Ледерман , Prometheus Books (2005)[1]
• Квантовая физика для поэтов, Кристофер Т. Хилл и Леон М. Ледерман , Prometheus Books (2010)[2]
• За пределами частицы Бога, Кристофер Т. Хилл и Леон М. Ледерман , Prometheus Books (2013)[3]
• Профиль Кристофера Т. Хилла в Google Scholar [4]

Ссылки

1. « Мюррей Гелл-Манн », Physics Today, (2020); https://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/PT.3.4480 (2020)
2. «Скаляры Хиггса и нелептонные слабые взаимодействия» (1977)
3. Хилл, Кристофер Т. (1 августа 1981 г.). «Массы кварков и лептонов из неподвижных точек ренормгруппы». Physical Review D. 24 ( 3): 691–703. Bibcode : 1981PhRvD..24..691H. doi : 10.1103/PhysRevD.24.691.
4. Бардин, Уильям А.; Хилл, Кристофер Т.; Линднер, Манфред (1990). «Минимальное динамическое нарушение симметрии стандартной модели». Phys. Rev. D. 41 ( 5): 1647–1660. Bibcode : 1990PhRvD..41.1647B. doi : 10.1103/PhysRevD.41.1647. PMID  10012522.
5. Хилл, Кристофер Т. (1995). "Topcolor Assisted Technicolor". Phys. Lett. B . 345 (4): 483–489. arXiv : hep-ph/9411426 . Bibcode :1995PhLB..345..483H. doi :10.1016/0370-2693(94)01660-5. S2CID  15093335.
6. Хилл, Кристофер Т. (1991). «Topcolor: top quark condensation in a gauge extension of the standard model». Physics Letters B. 266 ( 3–4): 419–424. Bibcode : 1991PhLB..266..419H. doi : 10.1016/0370-2693(91)91061-Y. S2CID  121635635.
7. Хилл, Кристофер Т.; Покорский, Стефан; Ванг, Цзин (2001). "Калибровочно-инвариантный эффективный лагранжиан для мод Калуцы-Клейна". Phys. Rev. D. 64 ( 10): 105005. arXiv : hep-th/0104035 . Bibcode : 2001PhRvD..64j5005H. doi : 10.1103/physrevd.64.105005. S2CID  7377062.
8. Хилл, Кристофер Т. (4 апреля 2014 г.). «Связан ли бозон Хиггса с нарушением динамической симметрии Коулмана-Вайнберга?». Physical Review D. 89 ( 7): 073003. arXiv : 1401.4185 . Bibcode : 2014PhRvD..89g3003H. doi : 10.1103/PhysRevD.89.073003. S2CID  119192830.
9. Хилл, Кристофер Т.; Мачадо, Педро; Томсен, Андерс; Тернер, Джессика (2019). «Где же следующие бозоны Хиггса?». Physical Review . D100 (1): 015051. arXiv : 1904.04257 . Bibcode : 2019PhRvD.100a5051H. doi : 10.1103/PhysRevD.100.015051. S2CID  104291827.
10. Хилл, Кристофер Т.; Мачадо, Педро; Томсен, Андерс; Тернер, Джессика (2019). «Скалярная демократия». Physical Review . D100 (1): 015015. arXiv : 1902.07214 . Bibcode : 2019PhRvD.100a5015H. doi : 10.1103/PhysRevD.100.015015. S2CID  119193325.
11. Хилл, Кристофер Т.; Симмонс, Элизабет Х. (2003). «Сильная динамика и нарушение электрослабой симметрии». Phys. Rep . 381 (4–6): 235. arXiv : hep-ph/0203079 . Bibcode : 2003PhR...381..235H. doi : 10.1016/S0370-1573(03)00140-6. S2CID  118933166.
12. Бардин, Уильям А.; Хилл, Кристофер Т. (1994). «Киральная динамика и симметрия тяжелых кварков в разрешимой игрушечной теоретико-полевой модели». Physical Review D. 49 ( 1): 409–425. arXiv : hep-ph/9304265 . Bibcode : 1994PhRvD..49..409B. doi : 10.1103/PhysRevD.49.409. PMID  10016779. S2CID  1763576.
13. Бардин, Уильям А.; Эйхтен, Эстиа; Хилл, Кристофер Т. (2003). «Киральные мультиплеты тяжелых-легких мезонов». Physical Review D. 68 ( 5): 054024. arXiv : hep-ph/0305049 . Bibcode : 2003PhRvD..68e4024B. doi : 10.1103/PhysRevD.68.054024. S2CID  10472717.
14. Харви, Джеффри А.; Хилл, Кристофер Т.; Хилл, Ричард (2007). «Стандартная модельная калибровка члена Весса-Зумино-Виттена: аномалии, глобальные течения и псевдо-Черн-Саймонс взаимодействия». Phys. Rev. D. 30 ( 8): 085017. arXiv : 0712.1230 . doi :10.1103/PhysRevD.77.085017.
15. CT Hill, "Dirac Branes and Anomalies/Chern-Simons terms in any D," arXiv:0907.1101 [hep-th]. Для фермионных петель см.: "Lecture notes for massless spinor and massive spinor triangle diagrams," arXiv:hep-th/0601155 [hep-th].
16. Фриман, Джошуа А.; Хилл, Кристофер Т.; Стеббинс, Альберт; Вага, Иоав (1995). «Космология со сверхлегкими псевдо-Намбу-Голдстоуновскими бозонами». Phys. Rev. Lett . 75 (11): 2077–2080. arXiv : astro-ph/9505060 . Bibcode :1995PhRvL..75.2077F. doi :10.1103/PhysRevLett.75.2077. PMID  10059208. S2CID  11755173.
17. Хилл, Кристофер Т.; Шрамм, Дэвид Н.; Фрай, Джеймс Н. (1989). «Формирование космологической структуры из мягких топологических дефектов» (PDF) . Комментарии к Nucl. Part. Phys . Vol. 19. pp. 25–39.
18. Хилл, Кристофер Т.; Шрамм, Дэвид Н. (1 февраля 1985 г.). «Спектр космических лучей сверхвысокой энергии». Physical Review D. 31 ( 3): 564–580. Bibcode : 1985PhRvD..31..564H. doi : 10.1103/PhysRevD.31.564. PMID  9955721.
19. Хилл, Кристофер Т.; Шрамм, Дэвид Н.; Уокер, Терри П. (1987). «Космические лучи сверхвысокой энергии от сверхпроводящих космических струн». Phys. Rev. D. 36 ( 4): 1007–1016. Bibcode : 1987PhRvD..36.1007H. doi : 10.1103/physrevd.36.1007. PMID  9958264.
20. Бхаттачарджи, Пиджушпани; Хилл, Кристофер Т.; Шрамм, Дэвид Н. (1992).«Теории великого объединения», топологические дефекты и космические лучи сверхвысокой энергии». Phys. Rev. Lett . 69 (4): 567–570. Bibcode : 1992PhRvL..69..567B. doi : 10.1103/PhysRevLett.69.567. hdl : 2060/19920009031 . PMID  10046974. S2CID  20633612.
21. Хилл, Кристофер Т. (1983). «Монополоний». Nuclear Physics B. 224 ( 3): 469–490. Bibcode : 1983NuPhB.224..469H. doi : 10.1016/0550-3213(83)90386-3. OSTI  1155484.
22. Хилл, Кристофер Т. (2015). "Вызванные аксионом осциллирующие электрические дипольные моменты". Physical Review D. 224 ( 3): 111702. arXiv : 1504.01295 . Bibcode : 2015PhRvD..91k1702H. doi : 10.1103/PhysRevD.91.111702. OSTI  1212736. S2CID  96444192.
23. Хилл, Кристофер Т. (2016). «Индуцированный аксионом осциллирующий электрический дипольный момент электрона». Physical Review D. 224 ( 3): 025007. arXiv : 1508.04083 . Bibcode : 2016PhRvD..93b5007H. doi : 10.1103/PhysRevD.93.025007. OSTI  1223242. S2CID  119221466.
24. Феррейра, Педро Г.; Хилл, Кристофер Т.; Росс, Грэм Г. (8 февраля 2017 г.). «Ток Вейля, масштабно-инвариантная инфляция и генерация масштаба Планка». Physical Review D. 95 ( 4): 043507. arXiv : 1610.09243 . Bibcode : 2017PhRvD..95d3507F. doi : 10.1103/PhysRevD.95.043507. S2CID  119269154.
25. Феррейра, Педро Г.; Хилл, Кристофер Т.; Росс, Грэм Г. (2018). «Инерциальное спонтанное нарушение симметрии и квантовая масштабная инвариантность». Physical Review D. 98 ( 11): 116012. arXiv : 1801.07676 . Bibcode : 2018PhRvD..98k6012F. doi : 10.1103/PhysRevD.98.116012. S2CID  119267087.
26. Хилл, Кристофер Т.; Росс, Грэм Г. (2020). «Условия гравитационного контакта и физическая эквивалентность преобразований Вейля в эффективной теории поля». Physical Review D. 102 : 125014. arXiv : 2009.14782 . doi : 10.1103/PhysRevD.102.125014. S2CID  222067042.
27. Хилл, Кристофер Т. (2024). "Билокальная теория поля для составных скалярных бозонов". Энтропия . 26 (2): 146. arXiv : 2310.14750 . doi : 10.3390/e26020146 .
28. Хилл, Кристофер Т. (2024), «Намбу и составность» , arXiv : 2401.08716
29. "Архив членов APS". Американское физическое общество .(поиск по году=1989 и учреждению=Национальная ускорительная лаборатория Ферми)

Внешние ссылки

• Отдел теоретической физики Фермилаб