יו דייוויד פוליצר (Hugh David Politzer): הסטודנט לתואר שני שכתב מחדש את הכוח החזק
בשנת 1973, סטודנט לתואר שני באוניברסיטת הרווארד, שטרם קיבל משרה אקדמית, גילה כי קווארקים – החלקיקים המרכיבים פרוטונים ונייטרונים – מתנהגים באופן הפוך מכל מה שפיזיקאים ציפו לו: ככל שהם קרובים יותר זה לזה, הכוח הפועל ביניהם נחלש. התוצאה הייתה כה מוזרה שפוליצר חשש בתחילה כי טעה. הוא לא טעה, והתגלית, שגובשה באופן בלתי תלוי ובאותו הזמן על ידי דייוויד גרוס (David Gross) ופרנק וילצ'ק (Frank Wilczek) מאוניברסיטת פרינסטון, זיכתה את שלושתם בפרס נובל שלושה עשורים לאחר מכן.
בן למשפחת פליטים מהברונקס
יו דייוויד פוליצר נולד ב-31 באוגוסט 1949 בניו יורק למשפחה בעלת היסטוריה של עקירה: הוריו נמלטו מצ'כוסלובקיה לאנגליה ב-1939, לפני הכיבוש הנאצי, והיגרו לארצות הברית לאחר מלחמת העולם השנייה. הוא למד בתיכון המדעים של הברונקס (Bronx High School of Science), בית הספר הציבורי המפורסם שהוציא מתוכו שיעור גבוה מהרגיל של זוכי פרס נובל אמריקאים, וסיים את לימודיו ב-1966. הוא המשיך לאוניברסיטת מישיגן לתואר ראשון בפיזיקה, שאותו השלים ב-1969, לפני שעבר להרווארד ללימודים מתקדמים, שם עבד תחת הפיזיקאי התיאורטי סידני קולמן (Sidney Coleman) והשלים את הדוקטורט שלו ב-1974.
החישוב שהסביר את כליאת הקווארקים
תרומתו המכוננת של פוליצר הגיעה עוד לפני שסיים את הדוקטורט. ב-1973, בעודו סטודנט, הוא חישב מה קורה לכוח הגרעיני החזק – הכוח הקושר קווארקים יחד בתוך פרוטונים ונייטרונים – ככל שהמרחק בין הקווארקים קטן. האינטואיציה המקובלת, הנגזרת מכוחות כמו אלקטרומגנטיות וכבידה, הציעה שהאינטראקציות צריכות להתחזק בטווח קצר. פוליצר גילה את ההיפך: הכוח החזק נחלש למעשה ככל שהקווארקים מתקרבים זה לזה, תכונה שזכתה לשם "חופש אסימפטוטי". באותו זמן ובאופן בלתי תלוי לחלוטין, דייוויד גרוס והסטודנט שלו פרנק וילצ'ק בפרינסטון הגיעו לאותה מסקנה בדיוק. המאמר שפרסם פוליצר, לצד עבודתם של גרוס ווילצ'ק, הופיע ב-Physical Review Letters ב-1973 ופתר פרדוקס אמיתי בפיזיקת חלקיקים: הוא הסביר כיצד הכוח החזק יכול הן לכבול קווארקים בכליאה קבועה בתוך חלקיקים כמו פרוטונים, ובו בזמן להתנהג כאילו הוא בקושי קיים בניסויי התנגשות באנרגיה גבוהה שערכו פיזיקאים באותה עת – משום שבמרחקים הקצרים ביותר שנחקרו באותן התנגשויות עתירות אנרגיה, הכוח אכן נחלש. התגלית הפכה לעמוד תווך של כרומודינמיקה קוונטית, התאוריה המתארת את האינטראקציה החזקה.
Twenty questions, eight minutes on the clock, and a percentile measured against everyone who has taken it. No sign-up.
Take the IQ test →מעמית זוטר לפרופסור ב-Caltech
לאחר השלמת הדוקטורט, פוליצר בילה שלוש שנים, מ-1974 עד 1977, כעמית זוטר ב-Harvard Society of Fellows, משרה פוסט-דוקטורלית סלקטיבית ביותר המעניקה לחוקרים צעירים חופש מחובות הוראה כדי לעסוק במחקר. לאחר מכן עבר למכון הטכנולוגי של קליפורניה (Caltech), תחילה כמרצה אורח ב-1975, קיבל קביעות ב-1976, ועד 1979 עלה לדרגת פרופסור מן המניין. הוא כיהן כראש המחלקה לפיזיקה ב-Caltech בין 1986 ל-1988 ולימים החזיק בתואר פרופסור לפיזיקה תיאורטית על שם ריצ'רד צ'ייס טולמן (Richard Chace Tolman). מעבר לחופש אסימפטוטי, פוליצר עבד גם עם תומאס אפלקוויסט (Thomas Appelquist) על תחזיות תיאורטיות הקשורות לשרמוניום (charmonium), מצב קשור של קווארק קסם והאנטי-קווארק שלו, ובכך תרם רבות לתחום הצעיר של פיזיקת הקווארקים בשנות ה-70.
פרס נובל, עשורים לאחר מכן
פרס נובל לפיזיקה לשנת 2004 הוענק במשותף לפוליצר, דייוויד גרוס ופרנק וילצ'ק "על גילוי החופש האסימפטוטי בתורת הכוח החזק", תוך הכרה בעבודה ששלושתם השלימו ב-1973, יותר משלושים שנה קודם לכן – תזכורת לכמה זמן מחכה לעיתים ועדת פרס נובל כדי לאשר שתוצאה תיאורטית עמדה בבחינה ניסיונית לאורך עשורים. פוליצר כבר זכה להכרה מוקדמת על אותה עבודה, כולל פרס סאקוראי (Sakurai Prize) לפיזיקת חלקיקים תיאורטית ב-1986 ופרס פיזיקת חלקיקים באנרגיה גבוהה מהחברה הפיזיקלית האירופית ב-2003, ובהמשך נבחר לאקדמיה האמריקאית לאמנויות ולמדעים ב-2011.
פיזיקאי מחוץ לשבילים המוכרים
תחומי העניין של פוליצר מחוץ לפיזיקת חלקיקים היו פומביים בצורה יוצאת דופן עבור תיאורטיקן. הוא מנגן בבנג'ו ועסק במחקר על הפיזיקה של כלי מיתר, כשהוא מיישם את הכשרתו המקצועית על תחביב. בשנות ה-80 כיהן כסולן להקה בשם המשעשע "פרופסור פוליצר והמזונים של רו" (Professor Politzer and the Rho Mesons), משחק מילים על חלקיק תת-אטומי. הוא אף הופיע בהופעת מסך בלתי צפויה בסרט ההוליוודי "איש שמן וילד קטן" (Fat Man and Little Boy) מ-1989, העוסק בפרויקט מנהטן, שם גילם את הפיזיקאי רוברט סרבר (Robert Serber) – מה שהעניק לו, לפי חישוב אחד, מספר ארדש-בייקון של חמש, מדד הומוריסטי המשלב מרחק שיתוף פעולה אקדמי עם מרחק שיתוף פעולה משחקי.
מדוע יו מכונה גאון
הטיעון לגאונותו של פוליצר נשען על חישוב בודד, מנוגד לאינטואיציה, שבוצע בעודו סטודנט, כזה שעמד בסתירה ישירה לאינטואיציה הפיזיקלית שכל כוח אחר בטבע הרגיל פיזיקאים לצפות לו. המציאה שכוח נחלש במקום להתחזק בטווח קצר דרשה הן שליטה טכנית במתמטיקה הצעירה דאז של תורת השדות הקוונטית והן מספיק עצמאות מחשבתית כדי לסמוך על תשובה שנראתה, במבט ראשון, שגויה. הסיבוך הכן ביותר בסיפור הוא שהתגלית לא הייתה ייחודית לו: דייוויד גרוס ופרנק וילצ'ק הגיעו לאותה מסקנה באופן בלתי תלוי ובו-זמנית, והחלטת ועדת פרס נובל לחלק את הפרס לשלושה משקפת את הסימולטניות הזו ולא מעידה על הפחתה בערך עבודתו של פוליצר. תגליות כמעט-סימולטניות כאלה נפוצות בפיזיקה כאשר תחום בשל לרעיון, והן אינן מוחקות את ההישג אלא מספקות לו הקשר: תובנתו של פוליצר לא הייתה הברקה בודדת ומבודדת, אלא הניסוח המוקדם והחד ביותר של מסקנה שהמתמטיקה שמאחורי הכרומודינמיקה הקוונטית פשוט המתינה שמישהו יבחין בה.
מורשת
החופש האסימפטוטי נותר אחד הרעיונות הנושאים בעול של המודל הסטנדרטי בפיזיקת חלקיקים, והוא מהווה בסיס לחישובים מודרניים על האופן שבו קווארקים וגלואונים מתנהגים בתוך פרוטונים, נייטרונים ושיירי התנגשויות חלקיקים באנרגיה גבוהה במתקנים כמו מאיץ החלקיקים הגדול (LHC). פוליצר המשיך בקריירה שלו ב-Caltech במשך עשורים לאחר התגלית שהקנתה לו את שמו, כשהוא מותיר אחריו גוף עבודה בפיזיקה תיאורטית המלווה במערך יוצא דופן של עיסוקים חיצוניים, החל מאקוסטיקה של בנג'ו ועד לתפקיד משחק תומך באחד מסרטי פרויקט מנהטן ההוליוודיים.