Philip W. Anderson, physicien américain
Biographique Philip W. Anderson (1923-2020), prix Nobel de physique 1977
Mon père, Harry Warren Anderson, était professeur de phytopathologie à l’Université de l’Illinois à Urbana, où j’ai été élevé de 1923 à 1940. Bien qu’élevé à la ferme – mon grand-père était un prédicateur fondamentaliste sans succès devenu agriculteur – mon père et son frère est devenu professeur. Le père de ma mère était professeur de mathématiques au collège de mon père, Wabash, à Crawfordsville, Indiana, et son frère était boursier Rhodes, plus tard professeur d’anglais, également au Wabash College ; des deux côtés, ma famille était composée d’universitaires du Midwest sûrs mais démunis. À Illinois, mes parents appartenaient à un groupe d’amis chaleureux et sédentaires, dont la vie était centrée sur le plein air et en particulier sur les « randonneurs du samedi », et mes plus belles heures d’enfant et d’adolescent se passaient à faire de la randonnée, du canoë, des vacances, des pique-niques, et chanter autour du feu de camp avec ce groupe. Ils étaient exceptionnellement politiquement conscients pour ce lieu et cette époque, et nous vivions avec un fort sentiment de frustration et d’appréhension face aux événements en Europe et en Asie. Mes intérêts politiques ont ensuite été renforcés par les excès au nom de la « sécurité » et de la « loyauté » des années « McCarthy », au point que je n’ai jamais accepté de travail sur des sujets classifiés et ai de temps en temps travaillé pour des causes libérales et contre la guerre du Vietnam.
Parmi les amis de mes parents, il y avait un certain nombre de physiciens (tels que Wheeler Loomis et Gerald Almy) qui ont encouragé mon intérêt pour la physique. Une année sabbatique de mon père, passée en Angleterre et en Europe en 1937, m’a beaucoup marqué. Je lisais avec voracité, mais parmi les quelques défis intellectuels dont je me souviens à l’école, il y avait un professeur de mathématiques de premier ordre à la University High School, Miles Hartley, et moi est allé à l’université avec l’intention de se spécialiser en mathématiques. J’étais l’un des nombreux étudiants envoyés à Harvard depuis Uni High au cours de ces années grâce aux nouvelles bourses nationales à soutien complet. Les premiers mois à Harvard ont été plus que stimulants, car j’ai réalisé que les sciences humaines pouvaient être véritablement intéressantes et, en fait, compte tenu des faiblesses de ma formation, très difficiles.
Au cours de ces années de guerre (1940-43), nous avons été invités à nous concentrer sur le sujet immédiatement applicable de la « physique électronique » et j’ai ensuite été envoyé au Laboratoire de recherche navale pour construire des antennes (1943-45). (On se souviendra qu’un tel travail de guerre était conseillé à ceux d’entre nous qui portaient des lunettes, les « services » de l’époque étant convaincus que sinon nous serions mieux utilisés comme infanterie.) Ce travail m’a laissé une admiration durable pour Western Electric l’équipement et les ingénieurs de Bell, et pour la compétence de mes anciens professeurs de physique (et non d’électronique) à Harvard ; après la guerre, je suis retourné apprendre ce que ce dernier pouvait m’apprendre.
L’école doctorale (1945-49) consistait en d’excellents cours; un charmant groupe d’amis, comprenant par exemple Dave Robinson et Tom Lehrer, centrés sur le bridge, les énigmes et le chant ; une heureuse décision que Schwinger et QED ne conduirait qu’à rester dans la longue file d’attente devant le bureau de Schwinger, alors que Van Vleck, que je connaissais déjà depuis l’école de premier cycle et un incident de guerre, semblait avoir le temps de réfléchir à ce que je pourrais faire ; rencontrer et épouser un été la nièce de vieux amis de la famille, Joyce Gothwaite, et donc s’installer pour travailler sur mon problème. Une autre motivation a été fournie par la naissance d’une fille, Susan. Quand je me suis installé, j’ai réalisé assez soudainement que les techniques mathématiques sophistiquées de la théorie quantique moderne des champs que j’apprenais dans les cours avancés de Schwinger et Furry étaient vraiment vraiment utiles dans le problème expérimental de l’élargissement des raies spectrales dans la nouvelle radio- spectres de fréquence, alors exploités en raison des progrès de l’électronique en temps de guerre. Même si je ne le savais pas,
Malgré quelques contretemps, avec l’aide de Van et d’un recruteur compréhensif, Deming Lewis, qui semblait être le seul à me croire quand je disais que j’avais résolu mon problème et que je voulais faire autre chose, j’ai pu Bell Laboratories pour travailler avec la constellation de théoriciens qui s’y trouvaient alors : Bill Shockley, John Bardeen, Charles Kittel, Conyers Herring, Gregory Wannier, Larry Walker, John Richardson, et plus tard d’autres. Kittel en particulier a stimulé mon intérêt pour les problèmes d’élargissement de lignes et a introduit Wannier et moi à l’antiferromagnétisme, tandis que Wannier m’a enseigné de nombreuses techniques fondamentales, et Herring m’a mis en contact avec les idées de Landau et Mott et nous a tous tenus au courant de la littérature en général. J’ai appris la cristallographie et la physique du solide avec Bill Shockley, Alan Holden et Betty Wood. Et j’ai surtout appris le mode Bell du travail d’équipe sur la théorie des expériences rapprochées – d’abord avec Jack Galt, Bill Yager, Bernd Matthias et Walter Merz.
Quand il a quitté Princeton pour l’Illinois en 1959, David Pines m’a légué un étudiant français du nom de Pierre Morel ; Morel et moi avons travaillé en 1959-61 sur certaines idées non conventionnelles sur la superfluidité anisotrope que j’avais, qui ont été liées à He 3 par des discussions avec Keith Brueckner ; plus tard, nous avons travaillé sur la résolution des équations d’Eliashberg pour la supraconductivité. Certaines de ces idées se sont concrétisées en travaillant avec un jeune expérimentateur, John Rowell, à mon retour chez Bell : nous avons découvert l’effet Josephson et travaillé sur les « bosses de phonons ».
En 1967, Nevill Mott réussit ce qui devait être un arrangement des plus difficiles à diriger dans le système de Cambridge : un « poste de professeur invité » permanent pour deux trimestres sur trois au Cavendish. Cet arrangement aurait été totalement impossible sans la coopération effacée et sans faille de Volker Heine qui s’est joint à moi pour diriger le « Groupe TCM » (Théorie de la Matière Condensée) pendant huit années productives et passionnantes, agrémentées de rencontres chaleureuses avec des étudiants, des visiteurs et associés des quatre coins du monde. L’une de nos idées originales est un cours de science et société encore viable. Grâce aux bons offices de John Adkins, Jesus College m’a accordé une bourse pour cette période. 
Un souvenir de ces années est un petit chalet sur les falaises de Cornwall, où Joyce et moi passons un mois de printemps chaque année, à faire de la randonnée et à voir des amis. Les années qui se sont écoulées depuis le prix Nobel ont été productives pour moi. Par exemple, en 1978, peu de temps après avoir reçu le prix en partie pour la théorie de la localisation, j’étais l’un des « Gang of Four » (avec Elihu Abrahams, TV Ramakrishnan et Don Licciardello) qui a revitalisé cette théorie en développant une théorie d’échelle qui a fait en une science expérimentale quantitative avec des prédictions précises en fonction du champ magnétique, des interactions, de la dimensionnalité, etc. ; une branche majeure de la science continue de découler des conséquences de ces travaux. (Plus récemment, la « localisation des photons » a fait la une des journaux.)
En 1975, SF (aujourd’hui Sir Sam) Edwards et moi avons rédigé la théorie de la « réplique » du phénomène que j’avais précédemment nommé « verre tournant », suivie en 1977 par un article de DJ Thouless, de mon élève Richard Palmer et de moi-même. Une nouvelle percée brillante de G. Toulouse et G. Parisi a conduit à une solution complète du problème, qui s’est avérée impliquer une nouvelle forme de mécanique statistique d’une large applicabilité dans des domaines aussi éloignés que l’informatique, le repliement des protéines, les réseaux de neurones, et la modélisation évolutive, à toutes les directions auxquelles mes étudiants et/ou moi avons contribué. Le domaine des fluctuations de valence quantique était un autre intérêt plus ancien qui est devenu beaucoup plus actif au cours de cette période, en partie grâce à mes propres efforts.
Enfin, au début de 1987, l’annonce des nouveaux supraconducteurs cuprates à « haute Tc » a galvanisé le monde de la physique quantique à plusieurs corps et a conduit nombre d’entre nous à réexaminer des idées plus anciennes et à creuser pour en trouver de nouvelles. En rassemblant un cocktail d’idées plus anciennes (l’état fluide de la paire singulet « RVB ») et de bien d’autres, mélangées à de toutes nouvelles idées, j’ai pu arriver à un compte rendu de la plupart de la grande variété d’anomalies inattendues observées dans ces matériaux. La théorie implique un nouvel état de la matière (le « liquide de Luttinger » bidimensionnel) et un tout nouveau mécanisme d’appariement des électrons (« déconfinement »). Des confirmations expérimentales des prédictions de cette théorie apparaissent régulièrement.
Le prix a semblé changer très peu ma vie professionnelle. Les tâches de gestion chez AT&T Bell Labs se sont poursuivies et ont abouti à un accord informel en tant que consultant pour le nouveau vice-président de la recherche, Arno Penzias, au cours des deux premières années de son mandat, qui a coïncidé avec les premières années difficiles de « cession » pour la société AT&T. . J’ai alors pris ma retraite avec reconnaissance en 1984 de Bell et je suis maintenant professeur à temps plein Joseph Henry de physique à Princeton. J’ai servi pendant 5 ans en tant que président du conseil d’administration de l’Aspen Center for Physics, j’ai pris ma retraite il y a 3 ans, et j’ai été pendant 4 ans membre du conseil et du comité exécutif de l’American Physical Society. Depuis 1986 environ, je suis profondément impliqué (bien qu’officiellement je ne suis qu’un co-vice-président) avec une nouvelle institution interdisciplinaire, l’Institut Santé Fe, dédié aux synthèses scientifiques émergentes, notamment celles impliquant les sciences de la complexité. Deux autres Nobel sont impliqués :Murray Gell-Mann , qui est notre président du conseil scientifique et un porte-parole éloquent de nos idées et de nos idéaux ; et Ken Arrow, avec qui j’ai coprésidé les ateliers fondateurs de notre étude interdisciplinaire des fondements de la théorie économique. Mon propre travail sur le verre de spin et ses conséquences a constitué une partie de la base intellectuelle de ces intérêts.
Le prix Nobel donne l’opportunité de prendre position publiquement. Il se trouve que j’ai été en mesure d’être pris dans la campagne contre « Star Wars » très tôt (été 83) et j’ai écrit, parlé et témoigné à plusieurs reprises, avec mon meilleur moment un débat avec le secrétaire George Schultz dans le Princeton Alumni Weekly, repris dans Le Monde en 1987. J’ai aussi témoigné à plusieurs reprises et publié quelques articles en faveur de la Small Science.
Quelques autres honneurs après le prix Nobel dont je suis particulièrement conscient ont été la Médaille nationale des sciences ; un doctorat en sciences de l’Alma Mater de mon père, de ma mère, de ma sœur et de ma femme, à l’Université de l’Illinois ; l’adhésion étrangère à la Royal Society, à l’Accademia Lincei et à la Japan Academy; et membre honoraire du Jesus College de Cambridge.
Nous avons gardé notre chaumière sur les falaises de Cornouailles, et notre coutume d’y voir des anglais et d’autres amis en avril. Nous avons abandonné notre maison bien-aimée, conçue par Joyce, à New Vernon près de Bell Labs pour une autre de ses bonnes conceptions sur des acres broussailleux avec vue sur la vallée de Hopewell près de Princeton. Susan est établie en tant que peintre à Boston de, pour le moment, principalement des scènes de Martha’s Vineyard, et enseigne quelques cours de dessin au MIT. Un prix dont je suis, par procuration, extrêmement fier est la désignation de Northeast US Tree Farmers of the Year remportée par ma sœur et son mari de New Milford, Pennsylvanie en 1990.
Addendum, avril 2005 : J’ai pris ma retraite au statut d’émérite en 1996, après avoir passé une année sabbatique en tant que professeur Eastman au Balliol College d’Oxford en 1993-4. En 2000, j’ai renoncé au financement contractuel, mais je suis toujours actif dans la recherche et l’écriture, principalement des critiques de livres, dont beaucoup paraissent dans le Higher Education Supplement du Times de Londres. J’ai pris ma retraite du comité directeur de SFI en 2001. Nous avons vendu la maison de Cornwall en 2003.
Mon principal intérêt scientifique continue d’être la supraconductivité à haute Tc. La théorie pour laquelle j’étais si enthousiaste en 1990 s’est avérée expérimentalement incorrecte, et j’ai dû revenir à une version antérieure (en fait promulguée pour la première fois par plusieurs jeunes associés en 1988) qui a été relancée et semble passer les tests cruciaux. (Bien que ce ne soit pas consensuel, le champ étant dans un état que j’appelle « naufrage épistémologique ».)
Parmi les autres distinctions que j’ai reçues figurent la médaille du centenaire de la GSAS à Harvard et des diplômes honorifiques de l’École normale supérieure de Paris (historiquement n ° 1 de cette institution, grâce à son nom «A») et de l’Université de Tokyo (en fait , leur #2); également, le prix John Bardeen lors de la conférence « M2S », la grande conférence internationale sur la supraconductivité.
Affiliation au moment de l’attribution : Bell Telephone Laboratories, Murray Hill, NJ, États-Unis et Motivation du prix : « pour leurs recherches théoriques fondamentales sur la structure électronique des systèmes magnétiques et désordonnés »
Ses Travaux : Les matériaux solides ont souvent une structure et une composition cristallines régulières, mais parfois ils constituent des systèmes désordonnés. Il peut s’agir d’alliages de structure régulière mais de composition plus aléatoire. D’autres matériaux solides, comme le verre, n’ont pas de structure régulière. En 1958, Philip Anderson a montré les conditions dans lesquelles un électron peut se déplacer librement au sein d’un système désordonné et lorsqu’il est plus ou moins lié à un endroit précis. Ces travaux et d’autres ont contribué à une meilleure compréhension des phénomènes électriques dans les systèmes désordonnés.
Physicien Philip W. Anderson (1923-2020)
Carrière : En 1945, il est entré dans le programme de troisième cycle à l’Université de Harvard et quatre ans plus tard, il a obtenu son doctorat par l’université. Au cours de ses études supérieures à l’Université de Harvard, il a étudié sous la direction du célèbre physicien américain John Hashbrouk Van Vleck.
En 1949, il a commencé à travailler pour Bell Telephone Laboratories situé à Murray Hill dans le New Jersey et a continué à travailler pour l’organisation pendant 35 ans. Au cours de son long mandat au sein de l’organisation, il a participé à des recherches sur le sujet de la physique de la matière condensée et certaines de ses découvertes les plus connues étaient celles de la localisation d’Anderson et de l’hamiltonien d’Anderson.
En 1963, il a été nommé membre de l’Académie américaine des arts et des sciences en raison de ses réalisations scientifiques et quatre ans plus tard, il a été nommé professeur à l’Université de Cambridge au Royaume-Uni. Il a enseigné la physique théorique à l’université pendant huit ans et tout au long de son mandat, il a continué à travailler sur la théorie de la matière condensée avec des collègues chercheurs à Cambridge.
En 1975, il est nommé professeur à l’Université de Princeton et deux ans plus tard, il partage le prix Nobel de physique avec John van Vleck et Sir Nevill Francis Mott pour leurs recherches conjointes sur la structure électronique des systèmes magnétiques et désordonnés. Entre-temps, il a continué à travailler à l’Université de Princeton et aux Bell Telephone Laboratories.
Au cours de sa carrière de scientifique, il a travaillé et écrit sur une grande variété de sujets. Certains de ses travaux les plus remarquables incluent «Concept of Solids», «Theory of Supraconductivity in the High-Tc Cuprates» et «Basic Notions of Condensed Physics». Actuellement, il est membre du conseil consultatif de Scientists and Engineers for America, une organisation qui promeut une science solide au sein du gouvernement américain.
Grands travaux : Philip Warren Anderson a fait des recherches novatrices sur les semi-conducteurs, la supraconductivité et le magnétisme. Il a développé la localisation d’Anderson – qui fait référence à l’absence de diffusion d’ondes dans un milieu désordonné – et a inventé l’hamiltonien d’Anderson.Récompenses et réalisations : Philip Warren Anderson a remporté le prix de la matière condensée Oliver E. Buckley en 1964. Il a partagé le prix Nobel de physique 1977 avec Sir Nevill Francis Mott et John Hasbrouck van Vleck. Le prix leur a été décerné « pour leurs recherches théoriques fondamentales sur la structure électronique des systèmes magnétiques et désordonnés ».Il a été nommé membre de la Royal Society en 1980. En 1982, il a été honoré de la Médaille nationale des sciences.
Philippe Warren Anderson
Philip Warren Anderson, l’un des géants intellectuels qui ont façonné et nourri la croissance rapide de la physique de la matière condensée au cours de la seconde moitié du XXe siècle, est décédé le 29 mars 2020 à Princeton, New Jersey. Il a apporté des contributions fondamentales à divers sous-domaines, notamment l’antferromagnétisme, les superéchanges, les supraconducteurs sales, le problème de la singularité des rayons X, la localisation, la superfluidité dans l’hélium-3, les verres de spin, les liquides de spin quantique, les moments locaux dans les métaux, la renormalisation du pauvre et le cuprate. supraconductivité. Beaucoup de ces concepts portent maintenant son nom. Il a été co-récipiendaire, avec Nevill Mott et John Van Vleck, du prix Nobel de physique de 1977 pour « les recherches théoriques fondamentales sur la structure électronique des systèmes magnétiques et désordonnés ».
Anderson est né le 13 décembre 1923 à Urbana, Illinois. Après un passage au Naval Research Laboratory pendant la Seconde Guerre mondiale, il obtient son doctorat en 1949 à l’Université de Harvard, sous la direction de Van Vleck. En 1949, il rejoint Bell Labs et son groupe de physiciens talentueux, qui comprenait Bernd Matthias, Peter Wolff, Robert Shulman, William Shockley et Charles Kittel. Leur forte influence sur l’entreprise pour investir dans la recherche fondamentale a eu un grand effet sur les laboratoires pour le reste du siècle. De 1967 à 1975, Anderson a travaillé à temps partiel à l’Université de Cambridge avant de rejoindre la faculté de l’Université de Princeton. En 1984, après avoir pris sa retraite des Bell Labs, il a commencé comme professeur à temps plein et est devenu émérite en 1996.
Anderson est peut-être mieux connu pour sa prédiction de 1958 selon laquelle un désordre suffisamment fort peut transformer les métaux en isolants via un processus maintenant connu sous le nom de localisation d’Anderson. Avant ses travaux, l’opinion commune était que les ondes électroniques s’étendent à travers le matériau. Anderson a montré qu’à basse température, le désordre peut provoquer la localisation des ondes dans l’espace et arrêter la conduction du courant.
Dans les années 1950 et 1960, Anderson a élucidé comment une combinaison de mécanique quantique et de forte répulsion entre les électrons fait que les spins des électrons forment des moments locaux ; sa perspicacité a jeté les bases de la théorie moderne du magnétisme. Après que John Bardeen, Leon Cooper et J. Robert Schrieffer aient proposé leur théorie d’appariement de la supraconductivité en 1957, Anderson est devenu un contributeur majeur au sujet. Il a été le premier à reconnaître l’importance de la phase de la fonction d’onde supraconductrice et comment elle est mécaniquement quantique conjuguée au nombre de paires de Cooper.
En principe, les fluctuations de phase conduisent à un mode collectif d’excitations sans gap, un exemple du théorème de Goldstone ; de telles excitations sont observées dans les superfluides neutres mais pas dans les supraconducteurs. Anderson s’est rendu compte que le couplage des paires de Cooper au champ électromagnétique amplifie le mode à une fréquence finie, où il se confond avec le mode plasma. Il a proposé en 1962 que le mécanisme supprime le barrage routier – à savoir le problème des particules de Goldstone sans masse indésirables – face aux théories de champ unifié basées sur la symétrie brisée. Deux ans plus tard, Peter Higgs et d’autres sont parvenus à la même conclusion par des voies plus formelles. Comme Higgs l’a écrit dans sa conférence Nobel, « Le mode sans masse de Goldstone est devenu la polarisation longitudinale d’un ‘photon’ massif de spin 1, tout comme Anderson l’avait suggéré.
Un an après la découverte en 1986 de la supraconductivité à haute température dans les cuprates, Anderson a publié un article extrêmement influent dans Science soulignant que la physique clé est l’introduction de porteurs de charge («trous») dans l’état isolant qui résulte de la forte électron-électron répulsion. Il a rappelé un article de 1973 qui a introduit la notion de liquides de spin quantique, dans laquelle les moments magnétiques ne parviennent pas à atteindre un ordre à longue portée en raison de la fluctuation quantique et forment à la place un état qu’il a surnommé une « liaison de valence résonnante » (RVB). Il a proposé que dans un cuprate, lorsque des trous sont introduits dans cet état, il devienne un supraconducteur.
Ces idées révolutionnaires rencontrèrent une forte résistance de la part de la communauté. Bien que le mécanisme spécifique qu’il a proposé pour la supraconductivité reste controversé, de nombreuses idées qu’il a introduites dans l’article de 1987, y compris la notion que la supraconductivité est un état fondamental favorable dans un système fortement répulsif, ont été largement acceptées. L’état RVB est l’exemple archétypal d’un liquide de spin quantique, actuellement un domaine de recherche vigoureux.
Anderson a également suggéré que les excitations d’un liquide de spin quantique se comportent comme des électrons qui ont perdu leur charge mais conservent leur spin. Cet exemple précoce de «fractionnement» a trouvé un support à la fois dans des modèles exactement solubles et dans des matériaux réels. Le temps nous le dira, mais le travail de spin-liquide d’Anderson pourrait bien rester dans les mémoires comme son travail le plus profond et le plus prémonitoire.
Dans un article de 1972 intitulé « Plus c’est différent », Anderson a souligné le point de vue antiréductionniste selon lequel chaque couche de la nature mérite autant d’investigation fondamentale que les plus microscopiques. Ces lois ne peuvent pas anticiper, et encore moins expliquer, la riche variété de comportements complexes fascinants des systèmes macroscopiques, tels que la supraconductivité, le chaos et les phénomènes émergents. Ce point de vue a profondément influencé la physique de la matière condensée et d’autres domaines scientifiques.
En plus du prix Nobel, Anderson a reçu le prix Oliver E. Buckley de l’American Physical Society en 1964 et la National Medal of Science en 1982. Il s’est intéressé toute sa vie au jeu de Go depuis une visite d’un an au Japon en 1953– 54, et il a atteint le rang de maître premier-Dan. En 2007, le Nihon Ki-in, l’association japonaise de go, lui a décerné un prix pour l’ensemble de ses réalisations.
Philip W. Anderson (1923-2020)
Philip Warren Anderson était un physicien américain qui a partagé (avec John H. Van Vleck et Sir Nevill F. Mott) le prix Nobel de physique 1977 pour ses recherches sur les semi-conducteurs, la supraconductivité et le magnétisme. Il a apporté des contributions à l’étude de la physique de l’état solide, et la recherche sur les interactions moléculaires a été facilitée par ses travaux sur la spectroscopie des gaz. Il a conçu un modèle (connu sous le nom de modèle d’Anderson) pour décrire ce qui se passe lorsqu’un atome d’impureté est présent dans un métal. Il a également étudié le magnétisme et la supraconductivité, et son travail est d’une importance fondamentale pour l’électronique à semi-conducteurs moderne, rendant possible le développement de dispositifs de commutation et de mémoire électroniques peu coûteux dans les ordinateurs
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