كريستوفر تي هيل

كريستوفر تي. هيل (مواليد 19 يونيو 1951) هو فيزيائي نظري، عمل سابقًا في مختبر فيرمي الوطني للمسرعات ، وحصل على شهادة البكالوريوس والماجستير في الفيزياء من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (1972)، وشهادة الدكتوراه من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (1977، تحت إشراف موراي جيل مان ^{[ 1 ]} ). يركز عمله بشكل أساسي على الفيزياء الجديدة التي يمكن استكشافها في التجارب المختبرية أو علم الكونيات.

يُعدّ هيل، بالاشتراك مع ويليام أ. باردين ومانفريد ليندنر ، من أوائل من طرحوا فكرة أن بوزون هيغز (بروت-إنجليرت-هيغز) يتكون من كواركات علوية ومضادة علوية. وقد انبثقت هذه الفكرة من مفهوم النقطة الثابتة تحت الحمراء للكوارك العلوي ، ^{[ 2 ]} والتي تنبأ هيل من خلالها (عام 1981) بأن الكوارك العلوي سيكون ثقيلاً للغاية، خلافًا لمعظم الأفكار الشائعة في ذلك الوقت. ويقع تنبؤ النقطة الثابتة ضمن نطاق 20% من كتلة الكوارك العلوي المرصودة (عام 1995). وقد استلزم ذلك أن الكواركات العلوية قد تكون مترابطة بقوة على مسافات قصيرة جدًا، ويمكنها أن تُشكّل بوزون بروت-إنجليرت-هيغز مُركّبًا، مما أدى إلى ظهور مُكثّفات الكوارك العلوي ، ^{[ 3 ]} ولون الكوارك العلوي ، ^{[ 4 ] [ 5 ]} والتفكيك البُعدي ، وهو وصف شبكي قابل لإعادة التطبيع للأبعاد الإضافية للفضاء. ^{[ 6 ]}

توقع نموذج التكثيف العلوي الأدنى الأصلي أن تكون كتلة بوزون براوت-إنجليرت-هيغز ضعف القيمة المرصودة البالغة 125 جيجا إلكترون فولت تقريبًا. ومع ذلك، فقد استند هذا النموذج إلى نموذج نامبو-جونا-لاسينيو، الذي يفتقر إلى دالة موجية داخلية.${\displaystyle \phi (r)}$يصبح هذا التأثير كبيرًا عندما يقترب ثابت الاقتران من قيمته الحرجة، ويجب تضمينه. أعاد هيل صياغة نموذج NJL باستخدام "الحقول ثنائية الموضع" و" اللون العلوي "، والذي يتضمن${\displaystyle \phi (r)}$في هذه النظرية${\displaystyle {\bar {t}}t}$تعمل الحالات المقيدة كأزواج كوبر نسبية ذات دوال موجية ممتدة، ويصبح الفراغ نظيرًا لحالة BCS المعممة نسبيًا ^{[ 7 ]} . وهذا يُعطي توافقًا ممتازًا مع القيم التجريبية لكتلة الكوارك العلوي وكتلة بوزون BEH (أو ما يُكافئها، اقتران النموذج القياسي الرباعي). ${\displaystyle \lambda }$تتميز هذه النظرية بثباتها اللورنتزي الواضح، ولا تتطلب سوى تعديلات طفيفة (بضعة بالمئة). وتتنبأ بوجود بوزونات قياس جديدة ("كولورونات") بكتلة تبلغ حوالي 6 تيرا إلكترون فولت، والتي يُحتمل أن تكون قابلة للوصول إليها بواسطة مصادم الهادرونات الكبير في سيرن . ^{[ 8 ]}

شارك هيل في تأليف (مع إليزابيث هـ. سيمونز ) مراجعة شاملة لنظريات الديناميكا القوية وكسر التناظر الكهروضعيف والتي شكلت العديد من عمليات البحث التجريبية عن فيزياء جديدة في تيفاترون ومصادم الهادرونات الكبير . ^{[ 9 ]}

تحتوي الميزونات الثقيلة-الخفيفة على كوارك ثقيل وكوارك مضاد خفيف، وتوفر نافذة فريدة على ديناميكيات التناظر الكيرالي لكوارك خفيف منفرد. يمكن النظر إلى هذه الأنظمة على أنها كرة مربوطة بقطب، حيث يمثل "القطب" الكوارك الثقيل الثابت، و"الكرة" الكوارك الخفيف المنفرد، و"الرابط" هو التفاعل الغلووني الذي يربط بينهما. وقد أظهر هيل وباردين أن (اللف المغزلي)${\displaystyle ^{parity}}$${\displaystyle (0^{-},1^{-})}$يتم فصل الحالات الأرضية عن ${\displaystyle (0^{+},1^{+})}$ "شركاء كيراليون" بفارق كتلة عالمي يبلغ حوالي${\displaystyle ~\Delta M\approx 350{\text{ MeV,}}~}$بسبب كسر التناظر الكيرالي للكوارك الخفيف . ^{[ 10 ]} يتم حجب نمط الاضمحلال الرئيسي للحالة المثارة إلى الحالة الأرضية في الميزونات الغريبة (الثقيلة) بواسطة كتلة الكاون، وقد تنبأ هذا بشكل صحيح بالرنين طويل الأمد بشكل غير طبيعي،${\displaystyle D_{s0^{+}}^{*}(2317)}$(والتي تم تأكيدها الآن)${\displaystyle D_{s1^{+}}^{*}(2460)}$)، قبل عشر سنوات من اكتشافه، وأنماط اضمحلال عديدة تم تأكيدها تجريبياً. ^{[ 11 ]} ينبغي ملاحظة ظواهر مماثلة في النظائر المماثلة${\displaystyle B_{s}}$الميزونات و ${\displaystyle ccs,bcs,bbs}$(باريونات ثقيلة-ثقيلة-غريبة).

يُعدّ هيل مساهمًا في نظرية التفاعلات الطوبولوجية، وكان، بالتعاون مع آخرين، أول من حصل على مصطلح ويس-زومينو-ويتن الكامل للنموذج القياسي الذي يصف فيزياء الشذوذ الكيرالي في لاغرانجيان، بما في ذلك الجسيمات شبه القياسية، والميزونات المتجهة ذات اللف المغزلي 1، و${\displaystyle W^{\pm }}$و ${\displaystyle Z^{0}}$يتطلب مصطلح WZW مصطلحًا معاكسًا غير تافه لتحويل الشذوذ "المتسق" إلى الشذوذ "المتغير"، وفقًا لما تمليه التيارات المحفوظة للنموذج القياسي. وباستخدام مصطلح WZW الكامل، تم الكشف عن تفاعلات شاذة جديدة مثل...${\displaystyle \gamma \أوميغا Z^{0}}$رأس. وهذا يؤدي إلى${\displaystyle \nu +X\rightarrow \nu +\gamma +X}$ أين${\displaystyle X}$هي نواة ثقيلة، وقد تُساهم في زيادة الفوتونات المرصودة في تجارب النيوترينو منخفضة الطاقة. ^{[ 12 ]} تُعيد هذه النتيجة إنتاج انتهاك B+L بواسطة الشذوذ في النموذج القياسي، وتتنبأ بالعديد من العمليات الشاذة الأخرى. قدّم هيل اشتقاقًا لمعاملات الشذوذات الكيرالية المتسقة والمتغيرة (D الزوجية)، وحدود تشيرن-سيمونز (D الفردية)، دون اللجوء إلى حلقات الفرميون، من بناء أحادي القطب ديراك وتعميمه ("أغشية ديراك") إلى أبعاد أعلى. ^{[ 13 ]}

يُعدّ هيل أحد رواد النماذج الكونية للطاقة المظلمة والمادة المظلمة ، والتي تستند إلى بوزونات شبه نامبو-غولدستون ذات الكتلة المنخفضة للغاية والمرتبطة بتناظرات كتل النيوترينو. وقد اقترح أن الثابت الكوني مرتبط بكتلة النيوترينو، كما${\displaystyle \Lambda \sim m_{\nu }^{4}}$^{[ 14 ] [ 15 ]} وطوّر نظريات حديثة حول أصل النيوكليونات والنيوترينوات فائقة الطاقة من بقايا التوحيد العظيم. ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} وقد بيّن أن مجال الأكسيون الكوني سيُحدث عزم ثنائي قطب كهربائي متذبذب فعال لأي مغناطيس. ^{[ 20 ] [ 21 ]}

في محاضرة غير منشورة ألقاها هيل في ورشة عمل فانكوفر حول علم الكون الكمي (مايو 1990)، ناقش الأدوار المحتملة لبوزونات نامبو-غولدستون في علم الكون، واقترح أن بوزونًا شبيهًا بنامبو-غولدستون قد يُشكّل "إنفلاتونًا طبيعيًا"، وهو الجسيم المسؤول عن التضخم الكوني . وأشار إلى أن هذا يتطلب كسرًا تلقائيًا للتناظر العالمي، مثل U(1)، بالقرب من مقياس بلانك، وكسرًا صريحًا للتناظر بالقرب من مقياس التوحيد الكبير. مع ذلك، تُقدّم الأبحاث الحديثة حول نظريات فايل الثابتة تفسيرًا أفضل لسيناريو التضخم الطبيعي المرتبط بفيزياء مقياس بلانك. ركّز هيل، بالتعاون مع غراهام روس وبيدرو جي. فيريرا ، على كسر التناظر المقياسي التلقائي (أو تناظر فايل )، حيث يتولد مقياس الجاذبية ( كتلة بلانك ) ومرحلة التضخم في الكون المبكر جدًا معًا كظاهرة موحدة. يتضمن هذا آلية جديدة لكسر التناظر تُعرف باسم "كسر التناظر بالقصور الذاتي". يحدث كسر تناظر فايل لأن تيار نوثر هو مشتق لمؤثر قياسي يُسمى "النواة". ينزاح التيار نحو الأحمر حتى يؤول إلى الصفر، وبالتالي تقترب النواة من قيمة ثابتة تحدد كتلة بلانك. ومن ثم ينشأ فعل أينشتاين-هيلبرت في النسبية العامة. تتوافق هذه النظرية بشكل جيد مع الرصد الكوني. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}

• عالم متميز في مختبر فيرميلاب (1979 - 2024)؛
• رئيس قسم الفيزياء النظرية في مختبر فيرميلاب (2005 - 2012)؛
• عالم زائر، CERN-TH، جنيف، سويسرا (1987-1988)؛
• زميل الجمعية الفيزيائية الأمريكية (انتُخب عام 1989)؛ ^{[ 25 ]}
• محاضر آرثر إتش كومبتون، جامعة شيكاغو، ربيع (1979)؛
• باحث زائر، جامعة أكسفورد (1980)؛
• أستاذ الفيزياء (مساعد)، جامعة شيكاغو، (1996-2000)؛
• زميل غامبرينوس، جامعة دورتموند، (2005)؛
• محاضر فان وينتر، جامعة كنتاكي (2009)؛
• أستاذ زائر، معهد الفيزياء، فالنسيا، إسبانيا (2019)
• زميل فخري، جامعة ويسكونسن، ماديسون (2024–حتى الآن).

ألف هيل ثلاثة كتب شهيرة مع الحائز على جائزة نوبل ليون ليدرمان حول الفيزياء وعلم الكونيات، وبدء تشغيل مصادم الهادرونات الكبير .

• التناظر والكون الجميل، كريستوفر تي هيل وليون إم ليدرمان ، دار بروميثيوس للنشر (2005)
• الفيزياء الكمية للشعراء، كريستوفر تي هيل وليون إم ليدرمان ، كتب بروميثيوس (2010)
• ما وراء جسيم الإله، كريستوفر تي. هيل وليون إم. ليدرمان ، كتب بروميثيوس (2013).
• الملف الشخصي لكريستوفر تي هيل على جوجل سكولار.

• قسم الفيزياء النظرية في مختبر فيرميلاب
• كريستوفر تي هيل يتحدث عن برنامج INSPIRE-HEP