Roman Jackiw (1939-2023), titulaire de la chaire Jerrold Zacharias du département de physique et professeur émérite. Sa carrière s’est étendue sur plus de cinq décennies au MIT, où il a apporté des contributions substantielles à la théorie quantique des champs et découvert divers phénomènes topologiques et géométriques. Il était réputé pour ses découvertes fondamentales dans les théories quantiques et classiques des champs, l’une de ses principales réalisations étant l’établissement de la présence des anomalies d’Adler-Bell-Jackiw dans la théorie quantique des champs. Crédit : Photo avec l’aimable autorisation du département de physique
Pendant plus de 50 ans au MIT, il a apporté des contributions fondamentales à la théorie quantique des champs et découvert des phénomènes topologiques et géométriques.
Roman Jackiw, médaillé Dirac et professeur émérite du MIT, connu pour ses contributions substantielles à la théorie quantique des champs, est décédé à l’âge de 83 ans. Ses découvertes, notamment les anomalies Adler-Bell-Jackiw, ont joué un rôle clé dans l’élaboration du modèle standard de la physique des particules et ont eu un impact significatif sur divers domaines tels que la physique des particules, la physique de la matière condensée et la physique gravitationnelle.
L’éminent physicien théoricien et médaillé Dirac Roman Jackiw, professeur émérite du MIT et titulaire de la chaire Jerrold Zacharias du département de physique, est décédé le 14 juin à l’âge de 83 ans. Il était membre de la communauté des physiciens du MIT depuis 54 ans.
Leader dans l’utilisation sophistiquée de la théorie quantique des champs pour éclairer les problèmes physiques, ses travaux influents sur la topologie et les anomalies dans la théorie quantique des champs (QFT) sont à la base de nombreux aspects de la physique théorique d’aujourd’hui.
Iain Stewart, directeur du Centre de physique théorique (CTP) du MIT et professeur de sciences Otto (1939) et Jane Morningstar, déclare que Jackiw « a été une source d’inspiration pour ce que l’on peut accomplir en tant que physicien théorique. Il a apporté de profondes contributions aux problèmes physiques dans un large éventail de domaines, notamment la physique des particules, la physique de la matière condensée et la physique gravitationnelle ».
« Le professeur Jackiw était un pionnier dans le domaine de la physique mathématique », a déclaré Nergis Mavalvala, professeur d’astrophysique Curtis et Kathleen Marble et doyen de l’école des sciences du MIT. « Son utilisation imaginative de la théorie quantique des champs a permis d’éclairer des problèmes physiques, notamment ses travaux sur les solitons topologiques, la théorie des champs à haute température, l’existence d’anomalies et le rôle de ces anomalies dans la physique des particules ».
Frank Wilczek, un collègue du CTP, professeur de physique Herman Feshbach et lauréat du prix Nobel 2004, a déclaré : « Roman Jackiw avait un don extraordinaire pour identifier des « curiosités » qui se sont transformées en domaines fertiles et dynamiques de la recherche en physique. Ses contributions fondamentales à la théorie des anomalies, à l’interaction entre la topologie et la théorie quantique, et aux nombres quantiques fractionnaires constituent un riche héritage qui est devenu central à la fois pour la physique fondamentale et pour l’ingénierie quantique moderne ».
« Il était une figure majeure de la physique théorique », a déclaré Wilczek lors d’une conférence à laquelle il a assisté un jour après la mort de Jackiw. « Roman a été un pionnier dans tous ces domaines et les a fait progresser considérablement, avant qu’ils ne deviennent si populaires.
Il est réputé pour ses nombreuses contributions et découvertes fondamentales dans le domaine des théories quantiques et classiques des champs. Parmi ses principales réalisations figure l’établissement de la présence des célèbres anomalies d’Adler-Bell-Jackiw dans la théorie quantique des champs, une découverte qui a des implications considérables pour la structure du modèle standard de la physique des particules et toutes les tentatives pour aller au-delà.
Jackiw a partagé la médaille Dirac avec Stephen Adler de l’université de Princeton pour leur « célèbre anomalie du triangle, l’un des exemples les plus profonds de la pertinence de la théorie quantique des champs dans le monde réel », selon la citation du Centre international de physique théorique. « Jackiw a apporté une contribution majeure aux théories des champs relatives à la physique de la matière condensée en découvrant (avec Claudio Rebbi de l’université de Boston) la charge et le spin fractionnaires dans ces théories. Ils ont reçu la médaille en 1998 du Centre international de physique théorique en Italie.
« Le style de Roman était rigoureux et mathématiquement sophistiqué, mais pas pédant », déclare Robert L. Jaffe, professeur de sciences Otto (1939) et Jane Morningstar, Post-Tenure. Après ses premiers travaux novateurs sur l' »anomalie du triangle », Roman s’est concentré pendant de nombreuses années sur l’application des méthodes topologiques à la théorie quantique des champs. Bien que Jackiw n’ait pas été directement impliqué dans la création du modèle standard, qui a révolutionné la physique au cours du dernier tiers du XXe siècle, les méthodes d’analyse inventées par Roman ont souvent été essentielles à son développement ».
Bolek Wyslouch, professeur de physique et directeur du Laboratoire des sciences nucléaires du MIT, qualifie Jackiw de « figure emblématique de la physique théorique – l’un des leaders qui ont fait du MIT et du Centre de physique théorique les premiers au monde… Ses travaux fondamentaux ont contribué à l’établissement du modèle standard de la physique des particules, l’une des théories les plus abouties en physique ».
Sommaire
Racines ukrainiennes
Né Roman Volodymyr Yatskiv à Lubliniec, en Pologne, dans une famille ukrainienne en 1939, son nom a été romanisé en Jackiw.
« Nous sommes restés en Pologne jusqu’à ce qu’il devienne évident que les Russes et les communistes y seraient la force dominante, et[…]mon père ne voulait pas vivre dans ces conditions », se souvient Jackiw dans une histoire orale publiée par l’American Institute of Physics. Ils sont allés vivre près des autres enfants de son père, en Autriche, puis ont déménagé en Allemagne avant de s’installer à New York lorsque Jackiw avait environ 10 ans.
« J’avais le cœur brisé à l’idée de quitter l’Allemagne », a déclaré Jackiw. « Il s’agit d’une ville appelée Dingolfing, probablement connue de nos jours par les amateurs de voitures parce que BMW a commencé à Dingolfing, ou avait l’une de ses premières usines à Dingolfing.
À New York, il est éduqué par des moines xavériens au collège et par des frères chrétiens au lycée. « J’ai acquis la conviction que je voulais devenir physicien après avoir lu [George] Gamow « One Two Three… Infinity » », se souvient Jackiw. « Il décrit des gens qui font des choses qui m’ont semblé fascinantes et j’ai voulu les faire. C’était en fait un acte de foi, car je n’ai pas eu l’occasion de les faire avant d’avoir fait des études supérieures.
Après avoir obtenu son diplôme au Swarthmore College en 1961, où il s’est spécialisé en physique avec des mineures en histoire des sciences et en mathématiques, il est entré à l’université Cornell, où il a travaillé avec les professeurs Hans Bethe et Kenneth Wilson et a obtenu son doctorat en 1966. Jackiw se souvient avoir travaillé sur une thèse qui allait à l’encontre des conseils de Wilson.
« Il voulait que j’utilise le groupe de renormalisation pour trouver le comportement à haute énergie des facteurs de forme en électrodynamique. Il s’avère que le groupe de renormalisation ne contrôle pas cela, mais que d’autres approximations peuvent être utilisées pour résoudre ce problème, et c’est ce que j’ai fait. Ma thèse a été publiée et on y fait encore référence ».
Il voulait travailler avec Bethe, mais ce dernier faisait de la physique nucléaire alors que Jackiw était plus intéressé par la physique des particules. Cependant, Bethe lui a demandé de coécrire un manuel sur la mécanique quantique : « Intermediate Quantum Mechanics ». Ce livre populaire, dont la dernière révision date de 2018, a été pendant de nombreuses années l’introduction de base à l’application de la mécanique quantique à la physique atomique.
De 1966 à 1969, il est chargé de cours à l’université de Harvard. Au cours de sa deuxième année, il se rend au CERN, où il travaille avec John Bell. « Nous avons étudié les propriétés du courant vectoriel axial et découvert l’anomalie du courant vectoriel axial. Nous avons écrit un article, qui est mon article le plus cité et aussi l’article de John Bell le plus cité dans le domaine de la physique des particules.
À l’époque, la théorie semblait prédire que le pion neutre ne pouvait pas se désintégrer en deux photons, mais la désintégration avait été observée dans des expériences. Grâce à l’anomalie de Bell-Jackiw-Adler, clarifiée plus tard par Stephen Adler, ils « ont pu expliquer théoriquement les désintégrations observées en ajoutant un terme « anormal » résultant des divergences de la théorie quantique des champs », selon un article paru dans Physics World.
Au cours de sa dernière année à Harvard, Jackiw a travaillé avec d’autres théoriciens au MIT. Les professeurs de physique Steven Weinberg et Sergio Fubini, ainsi que le directeur du département de physique Victor Weisskopf, ont contribué à lancer la longue carrière de Jackiw en tant que professeur à l’Institut, qui a débuté en 1969. Au cours de ses premières années au MIT, Jackiw et David Gross ont montré que l’annulation des anomalies de jauge impliquait une connexion intéressante entre les fermions du modèle standard – en particulier, que les fermions de deux classes, ceux qui interagissent fortement et ceux qui n’interagissent pas, doivent apparaître le même nombre de fois. Au fil des ans, cette annulation a continué à suggérer l’existence de nouveaux fermions avant qu’ils ne soient observés.
Jackiw a été professeur invité à l’université Rockefeller en 1977-1978, à l’université de Californie à Los Angeles et à l’université de Californie à Santa Barbara en 1980, et à l’université Columbia en 1989-1990. Il est devenu professeur émérite en 2013.
Une grandeur inhabituelle
Jackiw avait dit qu’il avait deux corpus de travaux. Le premier était « des recherches mathématiques qui répondent au critère de beauté de Dirac et qui ont une application physique parce qu’elles sont belles, comme le phénomène de charge fractionnaire que j’ai mentionné plus tôt, et comme le phénomène d’anomalie, comme les termes de Chern-Simons que j’ai introduits avec l’aide de [Stanley] Deser et de ses étudiants et que j’ai ensuite explorés avec So-Young Pi ». Pi, actuellement professeur émérite de physique à l’université de Boston, est une physicienne éminente qui a été coauteur de nombreux articles de Jackiw et qui est la veuve de ce dernier.
« Mais d’un autre côté, j’ai aussi fait des recherches méthodologiques qui n’étaient pas nécessairement originales, mais qui appliquaient des schémas existants à un nouveau contexte. Comme, par exemple, trouver comment faire de la théorie quantique des champs à température finie et de la théorie quantique relativiste des champs à température finie, en reprenant ce qu’ils font dans la physique de la matière condensée et l’approche de la théorie quantique non relativiste des champs à la physique de la matière condensée à température finie. »
Jackiw était connu pour travailler sur des sujets de physique mathématiquement complexes sans avoir d’application en tête. « Ce que j’ai toujours aimé, c’est faire des travaux qui semblent obscurs mais intéressants et qui, des dizaines d’années plus tard, trouvent un écho », a-t-il déclaré.
« Roman Jackiw était un géant de la physique théorique, mais d’un genre quelque peu inhabituel », se souvient Daniel Harlow, professeur associé de physique Jerrold R. Zacharias au Centre de physique théorique. « Il travaillait rarement sur la même chose que les autres et, en fait, si quelque chose qu’il faisait commençait à prendre de l’ampleur, il se tournait souvent vers autre chose. Et pourtant, ses idées avaient une façon de grandir : Il les laissait traîner et, une ou deux décennies plus tard, tout le monde se rendait compte qu’il avait vraiment mis le doigt sur quelque chose ».
Par exemple, Harlow lui a demandé un jour pourquoi il avait étudié la gravité dans deux dimensions spatio-temporelles. Sa réponse fut la suivante : « Eh bien, tout le monde pensait à la gravité dans deux dimensions spatio-temporelles : Tout le monde réfléchissait à la gravité dans plus de quatre dimensions, alors je me suis dit que j’allais voir ce qui se passait dans moins de quatre dimensions ».
« Les travaux qu’il a menés dans les années 1980 sur la gravité à basse dimension ont véritablement pris leur essor au cours des cinq dernières années », explique M. Harlow. « Son influence se fera sentir ici au MIT et dans le monde entier pendant des générations.
David Kaiser, professeur de physique et titulaire de la chaire Germeshausen d’histoire des sciences, explique que lorsqu’il travaille avec un candidat au doctorat du CTP, « il semble que nous découvrions tous les deux jours que Roman a été le premier à publier sur tel ou tel aspect de ce que nous essayons de comprendre, il y a de nombreuses années, de manière plus générale et avec beaucoup plus d’élégance que nous ne l’avions jamais espéré ». Lui et son travail restent une source d’inspiration majeure pour nous ».
En effet, outre les célèbres travaux de Jackiw sur les anomalies, d’autres exemples importants de ses contributions incluent le premier exemple de fractionnement de charge et de spin avec des solitons, l’élucidation de la structure périodique du vide des théories de jauge non abéliennes qui forment le cœur du modèle standard de la physique des particules, le lancement de l’utilisation de la théorie quantique des champs pour l’étude rigoureuse des systèmes à température finie, et la détermination de la nature des termes de Chern-Simons pour les théories de jauge et les théories de la gravitation.
Ce large éventail de recherches a influencé d’innombrables autres personnes. Pour se faire une idée de l’impact de Roman sur la physique théorique et mathématique, il suffit d’observer le nombre de fois où son nom est cité dans les articles, par exemple « anomalies Adler-Bell-Jackiw », « gravité Jackiw-Teitelboim », « quantification Fadeev-Jackiw », « ansatz Jackiw-Nohl-Ressen » et modèles « Jackiw-Rossi », « Jackiw-Rebbi » et « Jackiw-Pi » », explique M. Stewart.
Roman a eu plus de 30 doctorants, dont Estia Eichten (Cornell), Joseph Lykken (Fermilab) et Andrew Strominger (Harvard) ; il a été « un mentor très efficace pour des générations de doctorants qui ont formé une « école » de physique théorique axée sur l’utilisation de méthodes mathématiques sophistiquées pour explorer le contenu physique des théories quantiques des champs », se souvient Jaffe.
Autres prix et distinctions
De 1969 à 1971, Jackiw a reçu une bourse de recherche Alfred P. Sloan et de 1977 à 1978 une bourse commémorative John Simon Guggenheim. En 1995, Jackiw a reçu le prix Dannie Heineman de physique mathématique de l’American Physical Society « pour son utilisation imaginative de la théorie quantique des champs pour éclairer des problèmes physiques, notamment ses travaux sur les solitons topologiques, la théorie des champs à haute température, l’existence d’anomalies et le rôle de ces anomalies en physique des particules ». En 2007, il a reçu le prix Bonnor Essay Prize de l’université Queen Mary de Londres.
Il était membre de l’Académie américaine des arts et des sciences, de la Société américaine de physique et de l’Académie nationale des sciences, et membre étranger de l’Académie nationale des sciences d’Ukraine. Des doctorats honorifiques lui ont également été décernés par l’université de Turin (Italie), l’université d’Uppsala (Suède), l’Institut Bogolyubov de Kiev (Ukraine) et l’université de Montréal (Canada).
Le professeur Jackiw a écrit six autres livres : « Lectures on Current Algebra and its Applications (avec S. Treiman et D. Gross) ; Dynamical Gauge Symmetry Breaking (avec E. Farhi) 1982 ; Shelter Island II (avec N. Khuri, S. Weinberg et E. Witten) 1985 ; Current Algebra and Anomalies (avec S. Treiman, B. Zumino et E. Witten) 1985 ; Diverse Topics in Theoretical and Mathematical Physics, 1995 ; et Lectures on Fluid Dynamics, 2002.
« J’ai un immense respect pour son héritage et ses réalisations, et j’apprécie énormément les portes qu’il a ouvertes pour le reste d’entre nous », a déclaré M. Stewart.
Il laisse dans le deuil sa femme, So-Young Pi, et ses trois enfants : Stefan Jackiw, violoniste, Nicholas Jackiw, concepteur de logiciels, et Simone Ahlborn, enseignante à la Moses Brown School de Providence (Rhode Island). Les funérailles se dérouleront dans l’intimité.