Tanto en su vida personal como profesional, el físico teórico pionero Toichiro “Tom” Kinoshita forjó el más firme de los caminos a través de los tiempos más tumultuosos. Nacido el 23 de enero de 1925 en Tokio, Japón, pasó la mayor parte de su carrera en los Estados Unidos, donde desempeñó un papel pionero en el desarrollo de electrodinámica cuántica (QED). En particular, sus cálculos de una de sus constantes clave: g-2 – ayudó a hacer de QED la teoría más precisa en la historia de la física.

Kinoshita, quien murió el 23 de marzo de 2023 a la edad de 98 años, no era un extraño para mí. Era el suegro de un amigo cercano y lo conocía desde hacía casi tres décadas. De hecho, tuve la suerte de poder hablar en profundidad con Kinoshita sobre su larga y fructífera carrera durante ocho horas. entrevista de historia oral que realicé en 2016 para el Biblioteca y Archivos Niels Bohr del Instituto Americano de Física.

raíces japonesas

Como descubrí durante nuestra conversación, Kinoshita era la heredera de una familia de propietarios de granjas de arroz que esperaban que su hijo varón se hiciera cargo del negocio familiar. Sus planes se vieron interrumpidos por el papel de Japón en la Segunda Guerra Mundial, que ya había comenzado cuando Kinoshita era un adolescente. La mayoría de sus compañeros fueron reclutados para servir en el ejército, muchos para nunca regresar.

Pero Kinoshita tuvo suerte. El ejército japonés quería que aquellos que tenían talento para la física calcularan las trayectorias de las bombas para los bombardeos de artillería en el frente de batalla. Por lo tanto, las autoridades empujaron a Kinoshita a través de una versión muy comprimida de su plan de estudios de secundaria y universidad en la Universidad de Tokio. En el camino, aprendió física avanzada de mentores que le enseñaron artículos, introducidos de contrabando en Japón en submarinos, que habían sido escritos por Werner Heisenberg y otros físicos alemanes.

Kinoshita aprendió física avanzada de mentores que le enseñaron artículos, introducidos de contrabando en Japón en submarinos, que habían sido escritos por Werner Heisenberg y otros físicos alemanes.

En agosto de 1945, durante sus vacaciones de verano en la universidad, Kinoshita estaba en casa con sus padres en la ciudad de Yonago cuando escuchó en la radio que Hiroshima, que se encontraba a unos 125 km al sur, había sido arrasada. Como me dijo en nuestra entrevista, Kinoshita sabía, por la magnitud de la explosión, que no se trataba de una bomba ordinaria, sino de una que debía estar aprovechando la energía atómica. “Sabía lo que puede hacer la energía atómica, así que pensé de inmediato que esto debía ser una bomba atómica”, dijo.

Unos días después estaba en Estación de tren Shinjuku en Tokio cuando a todos se les ordenó inesperadamente que se quedaran quietos para recibir noticias importantes. En lo que fue un movimiento muy inusual, el emperador japonés apareció en el sistema de megafonía para anunciar que Japón se había rendido. Kinoshita se sintió aliviado, al igual que los demás a su alrededor; como tantos japoneses, estaba asustado y horrorizado por la guerra iniciada por los líderes militares de su país. "Wow eso es bueno. No tengo que morir”, recordó haber pensado.

Cientos de miles de tropas estadounidenses llegaron unas semanas después y ocuparon el país. El nuevo gobierno instalado por los Estados Unidos impulsó un programa nacional de reforma agraria. La tierra de la familia Kinoshita fue incautada y distribuida entre sus aparceros, dejando a Kinoshita sin herencia. Por extraño que parezca, estaba emocionado porque su repentina pobreza lo liberó de las expectativas de su familia de que se convertiría en propietario de granjas de arroz. En su lugar, podría dedicarse a la física.

Sobreviviendo con becas de la Universidad de Tokio y dando clases de física en otra universidad cercana, Kinoshita se graduó en 1947 antes de hacer un doctorado. Su mentor fue Sin-Itiro Tomonaga, quien más tarde compartió la 1965 Premio Nobel de Física con Richard Feynman y Julian Schwinger. Tomonaga llamó la atención de Kinoshita Robert Oppenheimer, el físico estadounidense que había encabezado el proyecto de la bomba atómica de Manhattan.

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Oppenheimer, a su vez, arregló para Kinoshita y su colega yoichiro nambu – otro futuro Premio Nobel – ser postdoctorados en la Instituto de estudios avanzados (IAS) en Princeton, Nueva Jersey. Sin embargo, Kinoshita apenas pudo reunir el dinero para el pasaje y se vio obligado a tomar un barco de carga de Tokio a Seattle. También tuvo que dejar atrás a su esposa Masako o "Masa" Kinoshita (de soltera Matsuoka), una ex alumna de una de sus clases con la que se había casado en 1951. Sus padres adinerados, miembros de la pequeña comunidad marxista de Japón, habían sido encarcelados durante la guerra. guerra, luego lo perdieron todo cuando las bombas aliadas destruyeron su negocio familiar.

Desde Seattle, Kinoshita visitó laboratorios en la costa oeste de los EE. UU., incluido el Laboratorio Lawrence Berkeley y el Instituto de Tecnología de California. Viajando en autobús y tren, se dirigió hacia el este a través de las Montañas Rocosas, visitando primero Denver y luego el laboratorio de Enrico Fermi en Chicago. Eventualmente llegó a Princeton, con su esposa uniéndose a él en 1953. Más tarde ese año se quedó con una casera que no podía pronunciar "Toichiro" y lo apodó "Tom", un nombre que se mantendría por el resto de su vida. .

Cimientos tambaleantes

En 1956, después de dos años en el IAS y otro en la Universidad de Columbia en Nueva York, Tom y Masa terminaron en la Universidad de Cornell, donde permaneció el resto de su carrera. Allí, Masa practicó una forma de arte textil japonesa tradicional conocida como kumihimo, o “hilos reunidos”, impartiendo talleres en Estados Unidos y Japón, y publicando un monumental libro de 360 ​​páginas sobre el tema en 1994. Redescubrió y desarrolló una forma arcaica y casi olvidada de kumihimo eso involucró bucles complejos, redistribuyéndolo usando su experiencia en matemáticas.

En 1962, Kinoshita visitó el CERN con una beca de la Fundación Ford. En el segundo día de su visita a Ginebra, se unió a un recorrido por el laboratorio y, en la primera parada, quedó hipnotizado por un gráfico que los experimentadores en el Sincrotrón de protones había pegado a la pared. Habiendo medido la forma en que los muones se tambalean en un campo magnético, querían saber cómo sus hallazgos coincidían con el valor teórico y buscaban a alguien que pudiera calcularlo.

Kinoshita quedó atónito por el gráfico, que le recordó aspectos de la investigación sobre QED que había llevado a cabo con Tomonaga durante la guerra. Abandonó la gira, fue a la biblioteca y trabajó el resto de la noche. A la mañana siguiente, regresó al Sincrotrón de Protones y les dijo a los experimentadores: "¡Yo sé cómo!".

Fue un trabajo emocionante, porque el número estaba íntimamente ligado a los cimientos de QED. Esa teoría concibe a las partículas como imanes giratorios, con la relación entre sus momentos magnéticos y su giro conocida como g. En la forma más simple de la mecánica cuántica, g tiene un valor de exactamente 2. Pero la realidad tenía que ser diferente, ya que los muones son arrastrados por rastros de todas las demás partículas (conocidas y desconocidas, leptones y hadrones), cada una de las cuales afecta ligeramente la oscilación.

Dado que QED era un modelo que incorporaba todo lo que sabían los teóricos, la diferencia entre el valor determinado experimentalmente de g y 2, por lo tanto, midieron la exhaustividad y la precisión de toda la arquitectura teórica de QED. En otras palabras, medir g-2 podría revelar si esa arquitectura era sólida, incluso si no pudiera decirle la ubicación exacta de ningún defecto.

De hecho, g-2 era tan fundamental para QED que si la naturaleza contuviera nueva física (partículas o fuerzas aún no descubiertas y, por lo tanto, no en la teoría), aparecerían como la diferencia entre la cantidad predicha teóricamente y el valor medido en los experimentos. Rara vez tiene sentido hacer todo lo posible para realizar los cálculos de un número; nadie mide los ingredientes de las recetas en milésimas de gramo o la gasolina en mil millonésimas de litro. Pero g-2 es diferente. Del bamboleo de un muón se puede obtener precisión.

Sin embargo, los cálculos eran increíblemente difíciles, porque no tenían solución y, por lo tanto, tenían que proceder en una serie de aproximaciones sucesivas y cada vez más precisas. Además, había que incorporar cada partícula y fuerza recién descubierta. Los físicos comúnmente expresan esta complejidad en términos de los "diagramas de Feynman" de cada interacción posible, con cada diagrama correspondiente a una serie de ecuaciones largas, y Kinoshita tuvo que evaluar cientos e incluso miles de ellas.

Cuando los físicos dicen que QED es la teoría calculada con mayor precisión en la historia de la ciencia, pueden agradecer a Kinoshita

En ese entonces, Kinoshita trabajaba solo y a mano en el cálculo g-2. Con el paso de los años, tomó más ayudantes y usó computadoras más potentes. Kinoshita finalmente pasó más de medio siglo como pionero en el uso físico de las supercomputadoras y se convirtió en uno de sus mayores usuarios al sumar seis, ocho y luego 10 órdenes de diagramas de Feynman para calcular g-2 cada vez con más precisión. Cuando los físicos dicen que QED es la teoría calculada con mayor precisión en la historia de la ciencia, pueden agradecer a Kinoshita.

Mientras tanto, se construyeron una serie de experimentos cada vez más grandes y precisos para comparar el valor experimental con el suyo: una secuencia de tres en el CERN, uno en el Laboratorio Nacional de Brookhaven y otro en Fermilab. A veces, los resultados estaban cerca del número de Kinoshita, sembrando el miedo entre los físicos de que no había una nueva física, mientras que otras veces los resultados estaban tan lejos del valor predicho que tanto los experimentadores como los teóricos estaban encantados.

Kinoshita se convirtió en un físico cada vez más destacado como la persona a la que recurrir para comprender los fundamentos del modelo estándar de física de partículas. De hecho, g-2 se convirtió en un número cada vez más destacado, como el acelerador más poderoso del mundo, el Gran Colisionador de Hadrones, estaba dando cada vez menos sorpresas.

A pesar de retirarse oficialmente de Cornell en 1995, Kinoshita se mantuvo activo en la física. En 2018, a los 93 años, publicó un artículo en Physical Review D (97 036001). refinando su cálculo de g-2 al décimo orden. Su trabajo final, sobre la teoría general de g-2 cálculos a todos los pedidos –apareció al año siguiente en Los átomos (7 28).. Su alumno y estrecho colaborador maiko nio, de laboratorio de investigación RIKEN en Japón, es uno de los físicos que ahora continúa el trabajo.

el punto critico

Tranquila, metódica y meticulosa, Kinoshita siempre apreciaba o aportaba el humor en cada situación. Al final de su vida, los amigos aprendieron a buscar la señal de que estaba a punto de hacer un comentario ingenioso: un pliegue casi imperceptible en ambas comisuras de la boca y una ligera profundización de las arrugas que las bordeaban. Eventualmente, Kinoshita se mudó de Cornell, a regañadientes, a una casa en Amherst, Massachusetts, construida por el arquitecto Ray Kinoshita, una de sus tres hijas.

Había diseñado una casa para ella con una sala de estar separada para sus padres, con pantallas shoji, estanterías abiertas y una plataforma de madera que daba al bosque, similar a las viviendas a las que estaban acostumbrados. La Universidad de Massachusetts nombró a Kinoshita adjunto y le dio una oficina, donde se presentó casi todos los días hasta que llegó COVID.

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Los admiradores de sus colegas presentaban periódicamente a Kinoshita para un premio Nobel. Nunca lo recibió, seguramente porque sus aportes, aunque indispensables para la física contemporánea, son difíciles de etiquetar. Los físicos, sin embargo, se benefician enormemente de personas como Kinoshita, que están íntimamente familiarizadas con los recursos, métodos y técnicas que sustentan su campo. Tales físicos impulsan la disciplina hacia adelante, pero no pueden ser encasillados fácilmente como descubridores o creadores de teorías. Kinoshita era como un ingeniero confiable que te da la confianza de que la casa en la que vives tú y toda tu comunidad no se derrumbará.

Masa murió tristemente el año pasado y Tom poco después. Los dos serán enterrados juntos en Ithaca, cerca de Cornell. Su lápida ha sido diseñada por su hija Ray y por la propia hija de Ray. emilia kinoshita, diseñador e investigador de materiales. Contará con una combinación de diagramas de Feynman y kumihimo patrones, encarnando las formas y ritmos más profundos del mundo ingobernable que Masa y Tom vivieron y exploraron.

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• Fuente: https://physicsworld.com/a/toichiro-kinoshita-the-theorist-whose-calculations-of-g-2-shed-light-on-our-understanding-of-nature/