12 Avril 2019 – Geoffrey Chew, physicien théoricien américain

Pourquoi Geoffrey Chew est-il influent ?Geoffrey Foucar Chew (1924-2019), pionnier de l’approche S-Matrix pour comprendre la force nucléaire forte, est décédée le 12 avril 2019 à l’âge de 94 ans. Le plus jeune de quatre enfants, il est né le 5 juin 1924 à Washington, DC, où son père travaillait pour le ministère de l’Agriculture. En 1944, Chew a obtenu un baccalauréat en physique de l’Université George Washington. George Gamow, l’un de ses professeurs là-bas, a reconnu le talent de Chew et l’a recommandé pour l’équipe d’Edward Teller sur le projet Manhattan. À Los Alamos, Chew a effectué des calculs relatifs aux idées de Teller pour une bombe à hydrogène, et il a été témoin du test de la première bombe à fission d’une montagne voisine. Ses souvenirs de cette période sont disponibles sur http://manhattanprojectvoices.org/oral-histories/geoffrey-chews-interview.En 1946, Chew a commencé son doctorat étudie sous Teller à l’Université de Chicago, mais bientôt Teller décide de quitter Chicago afin de reprendre le développement de la bombe à hydrogène, et il s’arrange donc pour qu’Enrico Fermi prenne en charge la supervision de ses deux étudiants. (L’autre était l’ami et collaborateur de Chew, Marvin L. Goldberger, qui est devenu professeur de physique théorique à l’Université de Princeton et plus tard président de Caltech et directeur de l’Institute for Advanced Study.) Chew a obtenu son doctorat diplôme de physique théorique en 1948. Il se consacra entièrement à la science et ne fit donc aucun travail militaire après la guerre.Après son doctorat, Chew a servi un an en tant que boursier postdoctoral au Berkeley Radiation Laboratory (1948-49) et un an en tant que professeur adjoint de physique à l’UC Berkeley (1949-50). Pendant cette période, il y avait des craintes croissantes, voire de l’hystérie, dans le pays que des scientifiques aux tendances communistes aient divulgué des secrets atomiques aux Soviétiques. Berkeley est devenu une cible, car des recherches secrètes avaient été menées au Radiation Laboratory (maintenant appelé Lawrence Berkeley National Laboratory). En mars 1949, les régents de l’UC imposèrent à tous les employés de l’université de jurer devant un notaire qu’ils n’étaient pas membres du Parti communiste. Cela a été vigoureusement discuté lors des réunions hebdomadaires de la faculté tout au long de l’année universitaire 1949-1950. En juin 1950, Chew et un certain nombre d’autres (dont Robert Serber et Wolfgang Panofsky) ont démissionné en signe de protestation. Chew a été le premier à démissionner dans toute l’université. Les 31 non-signataires restants ont été licenciés en août 1950, même si aucun d’entre eux n’avait été accusé d’appartenance ou de sympathie communiste.Chew a ensuite déménagé à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign, où il a rapidement gravi les échelons, devenant professeur titulaire de physique en 1955. Peu de temps après son arrivée en 1950, il a fondé la branche Urbana de la Fédération des scientifiques américains. En 1957, après que l’exigence du serment de loyauté ait été annulée et que les professeurs licenciés aient été réembauchés, il est retourné à l’UC Berkeley en tant que professeur de physique, poste qu’il a occupé jusqu’à sa retraite en 1991.

Après son retour, les recherches de Chew ont prospéré, en particulier au cours de la décennie des années 1960, alors qu’il effectuait certaines des recherches théoriques en physique des particules les plus passionnantes et les plus influentes au monde. Le but de ses recherches était de développer une compréhension de la force nucléaire forte, qui est la force qui maintient les neutrons et les protons ensemble à l’intérieur du noyau d’un atome, surmontant la répulsion électrique des protons. Chew était un chef de file dans ces efforts et ses idées ont joué un rôle majeur dans l’élaboration de l’avenir de la physique théorique des particules.

Cependant, l’histoire a pris des rebondissements surprenants.

Une théorie quantique des champs de forces électromagnétiques très réussie, appelée électrodynamique quantique (QED), avait été réalisée plus tôt. Son succès repose sur l’existence d’un petit paramètre sans dimension, la constante de structure fine, qui est d’environ 1/100. Des résultats extrêmement précis pour des grandeurs physiques, telles que le moment magnétique de l’électron ou du muon, sont obtenus en utilisant la théorie des perturbations pour calculer les premiers termes d’un développement en série de puissances dans ce paramètre. La force nucléaire forte, d’autre part, n’a pas de paramètres aussi petits, alors Chew a soutenu que la force nucléaire forte ne pouvait pas être décrite utilement par une théorie quantique des champs.Une grande partie des informations physiques importantes d’une théorie des particules de mécanique quantique est contenue dans les amplitudes qui décrivent tous les processus de diffusion, et celles-ci sont codées dans une quantité mathématique appelée matrice S. Ainsi, Chew a proposé qu’au lieu de rechercher une nouvelle théorie quantique des champs, une meilleure approche serait de déterminer la matrice S pour tous les hadrons. (Par définition, un hadron est une particule qui subit la force nucléaire forte.) La matrice hadronique S doit satisfaire à certaines exigences physiques. L’un d’eux, appelé unitarité, garantit que les probabilités sont positives et s’additionnent à un. Une autre, appelée analyticité, garantit que la cause précède l’effet. Ce sont des caractéristiques de toute théorie des particules sensibles, donc plus que cela est nécessaire pour déterminer une théorie spécifique. Chew a proposé comme exigences supplémentaires le principe du bootstrap et le comportement de Regge. En gros, le principe du bootstrap affirme que les hadrons fournissent les forces responsables de leur propre existence. Le comportement de Regge concerne les relations entre les masses et les spins des hadrons. Il détermine également certaines propriétés à haute énergie de la théorie. En particulier, cette image implique que tous les hadrons sont sur un pied d’égalité, un principe que Chew a surnommé la « démocratie nucléaire ».                                                 Une fraction importante de la communauté mondiale de la physique théorique des particules s’est jointe à Chew pour tenter de décrire la physique des hadrons à partir de ces principes. À Berkeley, Chew a supervisé les recherches d’environ 10 étudiants diplômés à la fois tout au long des années 1960, et son collègue Stanley Mandelstam, dont les recherches étaient étroitement liées, en a conseillé quelques autres. C’était assez similaire au groupe d’Oppenheimer à Berkeley dans les années 1930. Cependant, contrairement à Oppenheimer, Chew était un conseiller très encourageant. J’ai eu la chance d’être l’un des conseillers de Chew au milieu de la décennie.Une étape importante dans le programme de matrice S de Chew a été la découverte de Gabriele Veneziano en 1968 qu’une certaine fonction mathématique simple satisfait à la plupart des exigences esquissées ci-dessus pour le cas particulier dans lequel deux particules se dispersent élastiquement. Cela a été rapidement généralisé au cas d’un nombre arbitraire de particules d’une manière compatible avec l’unitarité et l’analyticité. Au début, ce sujet s’appelait la théorie de la double résonance. Après quelques années, quand on s’est rendu compte que ces amplitudes décrivaient la diffusion des états quantiques d’objets unidimensionnels, le sujet est devenu connu sous le nom de théorie des cordes. Ce fut un domaine très actif jusqu’en 1974 environ, lorsque l’étude de la théorie des cordes s’arrêta brusquement. Alors, qu’il s’est passé ?

Guidé par les travaux théoriques de Gell-Mann à Caltech et les résultats expérimentaux de Stanford, il est devenu clair à la fin des années 1960 et au début des années 1970 que les hadrons pouvaient être considérés comme des états liés de « quarks ». Cela a conduit à la formulation d’une nouvelle théorie quantique des champs, appelée chromodynamique quantique (QCD), qui est basée sur des quarks et des particules porteuses de force appelées « gluons ». Les arguments en faveur de l’exactitude fondamentale de la QCD sont devenus accablants en 1973, avec la preuve que la QCD possède une propriété appelée liberté asymptotique. L’une des trois personnes responsables de cette preuve (et du prix Nobel qui en a résulté) était David Gross. David était également un étudiant de Chew au milieu des années 1960. Il est ironique qu’un étudiant de Chew ait été en grande partie responsable de la démonstration que la théorie quantique des champs fonctionne pour la force nucléaire forte ! En 1973-74, il y avait de nombreuses bonnes raisons d’arrêter de travailler sur la théorie des cordes : une théorie réussie et convaincante des hadrons (QCD) avait été découverte, et la théorie des cordes avait de sérieux problèmes en tant que théorie des hadrons. Parmi les problèmes des théories des cordes connues, en tant que théorie des hadrons, figurait le fait que le spectre des cordes ouvertes (cordes avec extrémités) contient des particules de spin 1 sans masse, et que le spectre des cordes fermées (cordes qui sont des boucles) contient une masse sans masse particule de spin 2 (ainsi que d’autres particules sans masse), alors qu’il n’y a pas de hadrons sans masse.En 1974, Joel Scherk et moi avons proposé d’interpréter la particule de spin 2 sans masse dans le spectre de la corde fermée comme un graviton, le quantum de gravité. De plus, les particules de spin 1 sans masse dans le spectre des cordes ouvertes pourraient être interprétées comme des particules associées aux champs de jauge de Yang-Mills, comme ceux du modèle standard. Plus précisément, cela signifiait interpréter la théorie des cordes comme une théorie quantique unifiée de toutes les forces, y compris la gravité. Cette interprétation exigeait que les cordes soient 20 ordres de grandeurs plus petites que les hadrons. Il a fallu une décennie pour que cette idée gagne du terrain, mais au cours des 35 dernières années, il s’agit d’un domaine de recherche très actif et fructueux. Geoffrey Chew mérite beaucoup de crédit pour avoir orienté la physique théorique dans cette direction. Il avait identifié les bons principes. Sa seule « erreur » a été de se focaliser sur les hadrons et la force nucléaire forte, plutôt que sur toutes les particules et forces ! Il pourrait y avoir une autre théorie des cordes, encore à découvrir, qui donne une double description équivalente de QCD. Cela impliquerait qu’il avait tout à fait raison.Chew, lui-même, n’a pas étudié la théorie des cordes, même s’il en était très enthousiaste. Au lieu de cela, il a décidé d’explorer la cosmologie. En 1998, parlant de ses recherches actuelles, Chew écrivait : « Au cours de la dernière décennie, motivé par les énigmes rencontrées au cours des quatre décennies précédentes d’activité dans la théorie des particules, j’ai tenté de trouver un modèle quantique de l’univers en expansion qui couvre toutes les échelles. reconnu jusqu’à présent par la science. Il a exploré ces idées, avec son enthousiasme habituel, pour le reste de la vie.Chew a été président du département de physique de Berkeley (1974-78) et doyen des sciences physiques (1986-93). Il a pris des congés sabbatiques au Churchill College, à l’Université de Cambridge (1962-63), à l’Université de Princeton (1970-71) et à l’Université de Paris (1983-84). Ses prix et distinctions incluent l’élection à l’Académie nationale des sciences (1962) et à l’Académie américaine des arts et des sciences (1966), ainsi que le prix Hughes de l’American Physical Society (1962) et le prix Ernest Orlando Lawrence des États-Unis. Commission de l’énergie atomique (1969).

Il a également été un participant très actif à la gouvernance partagée en tant que membre de la division Berkeley du Sénat académique. Il a été membre du Conseil des études supérieures (1961-62), du budget et des relations interministérielles (1966-68) et du Comité des comités (1965-66 et 1980-81). Il a été représentant de Berkeley à l’Assemblée du Sénat académique à l’échelle du système, au service d’un total de 10 ans (1958-61, 1968-70, 1973-76 et 1981-83).La première épouse de Geoffrey Chew, Ruth, qu’il avait rencontrée alors qu’il était étudiant, est décédée en 1971. Il laisse dans le deuil leurs jumeaux, Beverly et Berkeley, ainsi que sa deuxième épouse, Denyse, et leurs trois enfants, Pierre, Jean-François. , et Pauline.

Selon Pauline, en plus de réfléchir profondément à la physique théorique, qui était sa principale passion, il « était un aventurier passionné de plein air, nous emmenant tous dans de nombreux voyages de camping et de randonnée dans les magnifiques paysages que ce pays a à offrir », et « sa la curiosité pour les gens, les autres cultures et l’apprentissage constant de nouvelles choses n’ont jamais cessé.

Les dates importantes

5 juin 1924Naissance, Washington (DC).

1944Obtention d’un BS, George Washington University, Washington (DC).

1948Obtention d’un doctorat en physique, Université de Chicago, Chicago (Illinois).

1948 – 1950Physicien théorique, Radiation Laboratory (1948-1949) et professeur adjoint de physique (1949-1950), Université de Californie, Berkeley, Berkeley (Californie).

1950 – 1957professeur adjoint de physique (1950-1951); professeur agrégé de physique (1951-1955); et professeur de physique (1955-1957), Université de l’Illinois, Urbana-Champaign, Champaign (Ill.).

1957 – présent professeur de physique (1957-1993); doyen des sciences physiques (1986-1993); directeur, Département de physique (1974-1978); et professeur émérite de physique (depuis 1993), Université de Californie, Berkeley, Berkeley (Californie).

1962 Membre, Académie nationale des sciences.

1962 – 1963 Fellow, Churchill College, Université de Cambridge.

1970 – 1971 Professeur invité, Université de Princeton.

1983 – 1984 Professeur invité, Université de Paris.

11 avril 2019 La mort.

Après la guerre, Chew a été un étudiant diplômé d’Enrico Fermi. Il a passé la majeure partie de sa carrière au département de physique de l’université de Californie à Berkeley (1957-1991), puis comme professeur émérite. Il a dirigé le groupe de théoriciens de la matrice de diffusion (S-matrix) qui étudiait l’interaction forte et le principe du bootstrap. En utilisant les propriétés analytiques de la matrice de diffusion, ils ont calculé les interactions des états liés sans supposer l’existence d’une théorie des champs de particules ponctuelles. Au fur et à mesure que la théorie s’est développée et a été plus largement acceptée, elle a fourni une base conduisant d’autres personnes à une théorie quantique de la gravité. »Il est connu pour sa théorie bootstrap des interactions fortes. Chew a travaillé comme professeur de physique à l’UC Berkeley depuis 1957 et était émérite depuis 1991. Chew était titulaire d’un doctorat en physique théorique des particules de l’Université de Chicago. Entre 1950 et 1956, il a été membre de la faculté de physique de l’Université de l’Illinois. De plus, Chew était membre de l’Académie nationale des sciences ainsi que de l’Académie américaine des arts et des sciences. Il a également été membre fondateur du Centre international de recherche transdisciplinaire.

Geoffrey Foucar Chew (1924-2019)Geoffrey Foucar Chew était un physicien américain qui faisait partie du groupe d’Edward Teller du projet Manhattan (et a été témoin du test Trinity). Après la guerre, il était étudiant diplômé d’Enrico Fermi. Chew a passé la majeure partie de sa carrière au département de physique de l’Université de Californie à Berkeley (1957-1991), puis en tant que professeur émérite. Il a dirigé le groupe de théoriciens de la matrice S (matrice de diffusion) étudiant l’interaction forte et le principe du bootstrap. En utilisant les propriétés analytiques de la matrice de diffusion, ils ont calculé les interactions des états liés sans supposer qu’il existe une théorie du champ point-particule en dessous. Au fur et à mesure que la théorie se développait et devenait plus largement acceptée, elle a fourni une base menant les autres à une théorie quantique de la gravité.

https://senate.universityofcalifornia.edu/in-memoriam/files/geoffrey-chew.html

https://academicinfluence.com/people/geoffrey-chew-1

https://history.aip.org/phn/11502021.html

https://todayinsci.com/4/4_12.htm#death