Эрик Дж. Вайнберг (родился 29 августа 1947 года) — физик-теоретик и профессор физики Колумбийского университета .
Вайнберг получил степень бакалавра в Манхэттенском колледже в 1968 году. Он получил докторскую степень в Гарвардском университете в 1973 году [2] под руководством Сидни Коулмена , с которым он открыл механизм Коулмена–Вайнберга для спонтанного нарушения симметрии в квантовой теории поля . Вайнберг работает над различными разделами теории высоких энергий, включая черные дыры , вихри , теорию Черна–Саймонса , магнитные монополи в калибровочных теориях и космическую инфляцию . Он также является редактором Physical Review D , а также приглашенным ученым Корейского института перспективных исследований (KIAS). [3]
Получив докторскую степень, Вайнберг отправился в Институт перспективных исследований в Принстоне, штат Нью-Джерси, в качестве постдокторанта. В 1975 году он стал доцентом физики в Колумбийском университете. В 1987 году он был повышен до должности профессора. С 2002 по 2006 год Вайнберг занимал должность заведующего кафедрой физики Колумбийского университета. Вайнберг по-прежнему активно исследует монополи BPS и распад вакуума .
Вайнберг работал в различных областях теоретической физики высоких энергий, включая теорию спонтанного нарушения симметрии , инфляцию , теорию суперсимметричных солитонов и теорию распада вакуума посредством зарождения квантовых/тепловых пузырей.
Спонтанное нарушение симметрии происходит в теории, когда состояние с наименьшей энергией не имеет столько симметрий, сколько сама теория, поэтому мы видим вырожденные вакуумы, связанные фактором между симметрией теории и симметрией состояния, а спектр частиц классифицируется группой симметрии состояния с наименьшей энергией (вакуума). В случае, если фактор может быть параметризован непрерывным параметром(ами), локальные флуктуации этих параметров можно рассматривать как бозонные возбуждения (если симметрия бозонная), обычно называемые бозонами Голдстоуна , что имеет глубокие последствия. При связывании с калибровочными полями эти бозоны смешиваются с продольными поляризациями калибровочных полей и придают полям массы, так работает механизм Хиггса .
Обычно способ реализовать спонтанное нарушение симметрии заключается во введении скалярного поля, имеющего тахионный массовый параметр. В классическом случае классический вакуум является решением, которое остается на дне потенциала, с ведущим квантовым вкладом из принципа неопределенности; вакуум можно рассматривать как гауссов волновой пакет вокруг самой низкой точки потенциала.
Возможность, на которую указали Коулмен и Э.Вайнберг, заключается в том, что даже на классическом уровне можно настроить массу скалярного поля на ноль, квантовая коррекция способна изменить эффективный потенциал, превращая точку, которая обладает всей симметрией теории, из локального минимума в максимум и порождая новые минимумы (вакуум) в конфигурациях с меньшей симметрией. Поэтому спонтанное нарушение симметрии может иметь чисто квантовое происхождение.
Другим важным моментом в механизме является то, что потенциал остается плоским с квантовой поправкой, если мы вводим соответствующий контрчлен для отмены перенормировки массы, с переходом минимум/максимум, вызванным логарифмическим членом,
Поэтому это создает естественную арену для идеи медленной инфляции, выдвинутой Линде, Альбрехтом и Стейнхардтом, которая до сих пор играет доминирующую роль среди теорий ранней Вселенной.
В оригинальной статье Коулмана-Вайнберга, а также в диссертации Эрика Вайнберга, Коулман и Вайнберг обсуждали перенормировку связей в различных теориях и ввели понятие «размерной трансмутации» — изменение констант связи приводит к появлению некоторой связи, определяемой произвольной энергетической шкалой, поэтому, хотя в классическом случае мы начинаем с теории, в которой имеется несколько произвольных безразмерных констант, в итоге мы получаем теорию с произвольным размерным параметром.
В статье, написанной совместно с Аланом Гутом [4] , Эрик Вайнберг обсуждал возможность прекращения инфляции путем термализации вакуумных пузырей в космологическом фазовом переходе .
Первоначальное предложение инфляции заключается в том, что экспоненциально растущая фаза заканчивается зарождением пузырьков Коулмана-де Люччиа с низкой энергией вакуума, эти пузырьки сталкиваются и термализуются, оставляя однородную вселенную с высокой температурой. Однако, поскольку экспоненциальный рост вселенной около де Ситтера разбавляет зародившиеся пузырьки, не очевидно, что пузырьки действительно сольются, на самом деле Гут и Вайнберг доказали следующие утверждения:
Второе утверждение предполагает, что в фиксированной координате любой выбранный пузырек будет самым большим в своем кластере, но это утверждение зависит от координат: после выбора пузыря всегда можно найти другую координату, в которой в том же кластере есть более крупные пузыри.
Согласно этим утверждениям, если скорость зарождения пузырьков мала, то мы получим пузырьки, которые образуют кластеры и не будут сталкиваться друг с другом, а тепло, выделяющееся при распаде вакуума, будет сохраняться в стенках доменов, что совершенно отличается от того, с чего начинается горячий Большой взрыв.
Эта проблема, называемая «проблемой плавного выхода», позднее независимо обсуждалась Хокингом, Моссом и Стюартом [5] , а затем была решена с помощью предложения новой инфляции Линде [6] , Абрехта и Стейнхардта [7] , которое использует механизм Коулмена-Вайнберга для генерации потенциала инфляции, удовлетворяющего условиям медленного скатывания.
Существование магнитных монополей давно уже является интересной и глубокой возможностью. Такие солитоны могли бы потенциально объяснить квантование электрического заряда, как указал Дирак; они могут возникать как классические решения в калибровочных теориях, как указали Поляков и 'т Хоофт; и невозможность их обнаружить является одной из причин предложения периода инфляции до фазы горячего Большого взрыва.
Динамика магнитных монопольных решений особенно проста, когда теория находится на пределе BPS — когда ее можно расширить, включив фермионные сектора, чтобы сформировать суперсимметричную теорию. В этих случаях можно явно получить мультимонопольные решения, монополи в системе в основном свободны, поскольку взаимодействие, опосредованное полем Хиггса, отменяется калибровочным взаимодействием. В случае максимально разбитой калибровочной группы на мультимонопольное решение можно рассматривать как слабо взаимодействующие частицы, каждая из которых несет фазовый множитель, поэтому при рассмотрении низкоэнергетических процессов общее число степеней свободы для n монополей равно 4n в 4-мерном пространстве-времени — 3 для пространственного положения и одна для фазового множителя. Динамику можно свести к движению внутри 4n-мерного пространства с нетривиальной метрикой из взаимодействий между монополями, так называемое «приближение пространства модулей».
Эрик Вайнберг, Кимён Ли и Пильджин И, выполнили расчет метрики пространства модулей в случае хорошо разделенных монополей с произвольной большой компактной калибровочной группой, максимально разбитой на произведения U(1), и доказали, что в некоторых определенных случаях метрика может быть точной — справедливой для переполненной монопольной системы. Этот расчет известен как «метрика Ли–Вайнберга–И»
