Tomas Kibble — britų teoretikas: Higso mechanizmas ir topologiniai defektai

Seras Thomas Walter Bannerman "Tomas" Kibble (1932 m. gruodžio 23 d. – 2016 m. birželio 2 d.) buvo Didžiosios Britanijos teoretinis fizikas. Ilgametis tyrėjas ir dėstytojas – jis dirbo vyresniuoju mokslininku Blacketto laboratorijoje Londono imperatoriškajame koledže ir buvo Imperatoriškojo koledžo teorinės fizikos profesorius. Už reikšmingus nuopelnus fizikai jis 2014 m. buvo įšventintas į riterius. Kibble taip pat buvo pripažintas tarptautinėje mokslininkų bendruomenėje, pelnęs kelis garbės apdovanojimus ir akademines pareigas.

Moksliniai interesai ir pagrindinės idėjos

Jo pagrindinės tyrimų sritys buvo kvantinė lauko teorija (elementariųjų dalelių kvantinė teorija), didelės energijos dalelių fizika ir kosmologija. Kibble labiausiai žinomas dėl ankstyvųjų darbų apie spontaninį simetrijos laužymą ir mechanizmus, paaiškinančius, kaip dalelės įgyja masę (Higso mechanizmas), bei dėl idėjų apie topologinius defektus ankstyvosios Visatos metu.

Higso mechanizmas – paprasta paaiškinimo versija

Higso mechanizmas paaiškina, kodėl kai kurios elementariosios dalelės turi masę, nors pradinė teorija gali būti simetriška ir „masinė“. Bendruoju principu yra tai, kad laukas (Higso laukas) užima tam tikrą netrivialią būseną, dėl kurios kai kurios simetrijos tampa „paslėptos“ (spontaniškai sulaužomos). Kibble buvo vienas iš pirmųjų mokslininkų, kurie sistemingai taikė šią idėją lauko teorijose, ypač gaujų teorijose (gauge theories), ir aprašė mechanizmus, kurių pasekoje gauge bozonai gali įgyti masę be teorijos praradimo.

Topologiniai defektai ir kosmologija

Kibble tyrinėjo, kaip fazių pokyčiai ankstyvojoje Visatoje galėjo sukelti vietas, kuriose lauko būsenos „nesutampa“ – tai vadinama topologiniais defektais. Šie defektai gali būti:

taškiniai (monopoliai),
linijiniai (kosminės styros, angliškai „cosmic strings“),
plokšteliniai (srities sienos, angliškai „domain walls“).

Tokių defektų susidarymas glaudžiai susijęs su simetrijos sulaužymu fazės perėjimų metu. Kibble pasiūlė, jog kosminių defektų formavimasis gali turėti observacinių pasekmių – paskatinti struktūrų vystymąsi Visatoje arba palikti kitus signalus, kuriuos galima bandyti aptikti astronominiais stebėjimais. Vėliau idėjos apie defektų formavimą buvo pritaikytos ir eksperimentams kondensuotosios būsenos fizikoje; kartu su Zureku tai tapo žinoma kaip Kibble–Zurek mechanizmas, aprašantis defektų formavimąsi greitų fazių perėjimų metu.

Įtaka, visuomeninė veikla ir palikimas

Nuo šeštojo dešimtmečio Kibble aktyviai domėjosi branduolinio ginklavimosi problema ir jos grėsmėmis žmonijai. Nuo 1970-ųjų jis ėmėsi vadovaujančių iniciatyvų, skatinančių mokslininkų socialinę atsakomybę, dalyvavo diskusijose apie mokslo etikos, saugumo ir visuomenės poreikių santykį. Jo darbai turėjo ilgalaikį poveikį tiek fundamentinei teorinei fizikai, tiek kosmologijai: idėjos apie simetrijos laužymą ir defektų formavimą tebėra svarbios XXI a. teoriniams modeliams ir eksperimentiniams paieškoms.

Kibble paliko didelį mokslinį palikimą — ne tik per konkrečius mokslinius rezultatus, bet ir per mokslininkų kartas, kurias jis rengė bei per propagavimą mokslo ir visuomenės dialogo. Jo pavadinimu pažymėtos idėjos (pvz., Kibble mechanizmas defektams formuotis) tebėra aktyviai cituojamos ir taikomos įvairiose fizikos srityse.

Ankstyvasis gyvenimas ir išsilavinimas

Kibble'as gimė Madrase, Indijoje, ir buvo Indijos medicinos tarnybos karininko Williamo Bannermano ir rašytojos Helen Bannerman anūkas. Jis mokėsi Doveton Corrie mokykloje Madraso mieste, vėliau Edinburge, Škotijoje, Melvilio koledže ir Edinburgo universitete. Edinburgo universitete 1955 m. įgijo bakalauro, 1956 m. - magistro, o 1958 m. - daktaro laipsnį. Nuo 1957 m. iki mirties 2005 m. Kibble'as buvo vedęs Anne Allan. Jie turėjo tris vaikus.

Karjera

Kibble'as nagrinėjo simetrijos pažeidimus (paprastas pavyzdys - kamuolys kalno viršūnėje gali riedėti žemyn bet kuria kryptimi), fazinius perėjimus (paprastas pavyzdys - vanduo užšaldamas virsta ledu) ir topologinius defektus (apytiksliai - taškai, linijos ar paviršiai erdvėje, kuriuose yra šuolis).

Jis labiausiai žinomas dėl to, kad kartu su Geraldu Guralniku ir C. R. Hagenu (GHK) atrado Higso mechanizmą (paaiškinantį, kaip kai kurios, bet ne visos elementariosios dalelės turi masę) ir kartu su Džeraldu Guralniku ir C. R. Hagenu (GHK) numatė Higso bozoną (masyvią dalelę, kuri yra pagrindinė Higso mechanizmo dalis). Švenčiant žurnalo "Physical Review Letters" 50-metį, žurnalas pripažino šį atradimą vienu svarbiausių darbų PRL istorijoje. Už šį atradimą Prof. Kiblas buvo apdovanotas 2010 m. Amerikos fizikų draugijos J. J. Sakurai teorinės dalelių fizikos premija. Nors plačiai paplitusi nuomonė, kad GHK yra išsamiausio iš ankstyvųjų Higgso teorijos darbų autorius, GHK kontroversiškai nebuvo įtrauktas į 2013 m. Nobelio fizikos premiją. 2014 m. Nobelio premijos laureatas Peteris Higgsas išreiškė nusivylimą, kad Kiblas nebuvo pasirinktas dalytis Nobelio premija su François Englertu ir juo pačiu.

Kibble'as pirmasis pradėjo tirti topologinių defektų formavimąsi pačioje visatos egzistavimo pradžioje. Įtakingas defektų susidarymo per tam tikros rūšies fazinį perėjimą modelis žinomas kaip Kibble-Zurek mechanizmas. Jo straipsnis apie kosmines stygas (linijinius erdvės defektus kosminiu mastu) įvedė šią idėją į šiuolaikinę kosmologiją.

Jis buvo vienas iš dviejų Europos mokslo fondo (ESF) finansuojamos mokslinių tyrimų programos "Kosmologija laboratorijoje" (COSLAB), kuri buvo vykdoma 2001-2005 m., vienas iš dviejų pirmininkų. Anksčiau jis buvo ESF Topologinių defektų dalelių fizikoje, kondensuotoje medžiagoje ir kosmologijoje tinklo (TOPDEF) koordinatorius. Šiose programose buvo tiriamos analogijos tarp topologinių defektų ankstyvojoje visatoje ir panašių struktūrinių defektų skysčiuose ir kietuosiuose kūnuose, kuriuos galima tirti laboratorijoje. (Paprastas laboratorinių topologinių defektų tinklo pavyzdys yra ribos tarp daugybės mažų, nesuderintų kristalitų metale).

1966 m. Kibble'as išleido vadovėlį "Klasikinė mechanika", kuris vis dar spausdinamas (nuo 2016 m.), šiuo metu išleistas penktą kartą, o jo bendraautorius yra Frankas Berkšyras.

Atpažinimas

Kibble'as buvo Karališkosios draugijos (1980 m.), Fizikos instituto (1991 m.) ir Londono imperatoriškojo koledžo (2009 m.) narys. Jis taip pat buvo Amerikos fizikų draugijos (1958 m.), Europos fizikų draugijos (1975 m.) ir Academia Europaea (2000 m.) narys. 2008 m. Amerikos fizikų draugija Kibble'ą pripažino išskirtiniu arbitru.

Be Sakurai premijos, Kibble'as apdovanotas Karališkosios draugijos Hugheso medaliu (1981 m.), Fizikos instituto Rutherfordo (1984 m.) ir Guthrie medaliu (1993 m.), Dirako medaliu (2013 m.), Alberto Einšteino medaliu (2014 m.) ir Edinburgo karališkosios draugijos karališkuoju medaliu (2014 m.). Už nuopelnus fizikai 1998 m. jam buvo suteiktas CBE apdovanojimas, o 2014 m. jis buvo įšventintas į riterius.

Mokslininkų socialinė atsakomybė

Šeštajame ir septintajame dešimtmečiuose Kibble'as susirūpino branduolinio ginklavimosi varžybomis, o nuo 1970 m. ėmėsi vadovaujančio vaidmens keliose organizacijose, skatinančiose mokslininko socialinę atsakomybę. 1970-1977 m. jis buvo Didžiosios Britanijos socialinės atsakomybės moksle draugijos nacionalinio komiteto narys, paskui iždininkas, vėliau pirmininkas; nuo 1976 m. buvo Mokslo ir visuomenės fondo patikėtinis; 1981-1991 m. buvo Mokslininkų prieš branduolinę ginkluotę nacionalinio koordinacinio komiteto narys, paskui pirmininko pavaduotojas, vėliau pirmininkas; buvo Mokslininkų už pasaulinę atsakomybę rėmėjas; nuo 1988 m. buvo Martino Ryle'o fondo pirmininkas, o vėliau patikėtinis. Jis buvo 1988 m. Imperatoriškajame koledže vykusio Antrojo tarptautinio mokslininkų kongreso organizacinio komiteto pirmininkas ir vienas iš leidinių redaktorių.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas buvo seras Tomas Volteris Volteris Bannermanas Kiblas?

A: Seras Tomas Volteris Volteris Bannermanas "Tomas" Kiblas buvo Didžiosios Britanijos fizikas teoretikas, dirbęs vyriausiuoju tyrėju Blacketto laboratorijoje Londono imperatoriškajame koledže (Jungtinė Karalystė) ir teorinės fizikos profesoriumi Imperatoriškajame koledže.

K: Kada gimė ir kada mirė seras Thomas Walteris Bannermanas Kibble'as?

A: Seras Thomas Walteris Walteris Bannermanas Kibble'as gimė 1932 m. gruodžio 23 d., o mirė 2016 m. birželio 2 d.

K: Kokie buvo sero Thomaso Walterio Bannerman Kibble'o moksliniai interesai?

A: Seras Thomas Walteris Bannermanas Kibble'as domėjosi kvantine lauko teorija ir didelės energijos dalelių fizikos bei kosmologijos sąsajomis.

K: Kas yra Higso mechanizmas?

A: Higgso mechanizmas - tai paaiškinimas, kaip kai kurios elementariosios dalelės turi masę, bet ne visos.

K: Ką reiškia topologiniai defektai?

A: Topologiniai defektai reiškia taškus, linijas ar paviršius erdvėje, kuriuose yra šuolis.

K: Kada seras Tomas Volteris Volteris Bannermanas Kiblas buvo įšventintas į riterius ir kodėl?

A: Seras Thomas Walteris Bannermanas Kibble'as buvo įšventintas į riterius 2014 m. Gimimo dienos apdovanojimuose už nuopelnus fizikai.

K: Kokia socialinė problema rūpėjo serui Thomui Walteriui Walteriui Bannermanui Kibble'ui ir ką jis dėl to padarė?

A: Seras Thomas Walteris Walteris Bannermanas Kibble'as buvo susirūpinęs dėl branduolinio ginklavimosi varžybų ir nuo 1970 m. ėmėsi vadovaujančio vaidmens skatinant mokslininko socialinę atsakomybę.