ジェラルド・トホーフト

ジェラルド・トホーフト
2008年11月の't Hooft
生まれる	( 1946-07-05 )1946年7月5日（78歳） デン・ヘルダー、オランダ
国籍	オランダ語
母校	ユトレヒト大学
知られている	量子場の理論 量子重力 't Hooft 条件 't Hooft–ポリアコフ単極子 't Hooft 記号 't Hooft ループ ファインマン–'t Hooft ゲージ ブラックホール相補性 最小減算方式 ホログラフィック原理ヤン–ミルズ理論の 繰り込み次元正則化繰り込み1/N 展開
受賞歴	ハイネマン賞 (1979) ウルフ賞 (1981) ローレンツメダル (1986) スピノザ賞 (1995) フランクリンメダル (1995) ノーベル物理学賞 (1999) 高エネルギー素粒子物理学賞 (1999) ロモノーソフ金メダル (2010)
科学者としてのキャリア
フィールド	理論物理学
機関	ユトレヒト大学
博士課程の指導教員	マルティヌス・JG・フェルトマン
博士課程の学生	ロバート・ダイクグラーフ ヘルマン ・ヴァーリンデ マックス・ウェリング

ゲラルドゥス・"ゲラルド"・トホーフト（オランダ語: [ˈɣeːrɑrt ət ˈɦoːft] ; 1946年7月5日生まれ）は、オランダの理論物理学者であり、オランダのユトレヒト大学の教授である。彼は、論文指導教官のマルティヌス・JG・フェルトマンとともに、 「電弱相互作用の量子構造を解明した」功績により、1999年のノーベル物理学賞を受賞した。

彼の研究は、ゲージ理論、ブラックホール、量子重力、量子力学の基本的な側面に集中しています。彼の物理学への貢献には、ゲージ理論が繰り込み可能であることの証明、次元正則化、ホログラフィック原理などがあります。

ヘラルド・トホーフトは1946年7月5日にデン・ヘルダーで生まれたが^{[1] 、}ハーグで育った。彼は3人家族の真ん中で、学者一家の出身である。彼の大叔父はノーベル賞受賞者のフリッツ・ツェルニケであり、祖母はライデン大学の動物学教授であるピーテル・ニコラース・ファン・カンペンと結婚していた。彼の叔父ニコ・ファン・カンペンはユトレヒト大学の理論物理学の（名誉）教授であり、彼の母親は海事技師と結婚していた。^[2]彼は家族の足跡をたどり、幼い頃から科学に興味を示していた。小学校の先生に大きくなったら何になりたいかと尋ねられたとき、彼は「何でも知っている人」と答えた。^[2]

小学校卒業後、ジェラルドはダルトン・ライシーアムに通った。この学校では、彼にぴったりの教育方法であるダルトン・プランの考えが取り入れられていた。彼は科学と数学のコースで優秀な成績を収めた。16歳のとき、彼は第2回オランダ数学オリンピックで銀メダルを獲得した。^[2]

1964 年に高校に合格したあと、ジェラルド・トホーフトはユトレヒト大学の物理学科に入学しました。彼は、はるかに近いライデンではなくユトレヒトを選びました。彼の叔父がユトレヒトの教授であり、彼の講義を聞きたかったからです。彼が科学に非常に熱中していたため、彼の父親は彼が勉強以外のことをするだろうと期待して、学生団体であるユトレヒト学生団への参加を強く勧めました。これはある程度うまくいきました。彼は学生時代に、ボート クラブ「トリトン」で船長を務め、科学討論クラブ「クリスティアーン ホイヘンス」で科学学生の全国大会を組織しました。

勉強するうちに、トホーフトは理論物理学の核心と見なしている素粒子を研究したいと決心した。叔父はこの主題、特にその実践者を嫌うようになっていたため、1968年に博士論文（オランダ語で修士論文に相当するものの旧称）を書く時期になると、トホーフトはヤン＝ミルズ理論を専門とする新任の教授マルチヌス・フェルトマンに目を向けた。当時はくり返し不可能だと考えられていたため、比較的マイナーな主題だった。フェルトマンに与えられた課題は、アドラー・ベル・ジャッキウ異常、つまり中性パイ中間子の崩壊理論におけるミスマッチを研究することだった。正式な議論では光子への崩壊は禁じられているが、実際の計算と実験ではこれが崩壊の主な形態であることが示されていた。当時、この問題の解決策は全く分かっておらず、トホーフトも解決策を提示することができなかった。

1969年、トホーフトはマルティヌス・フェルトマンを指導教官として博士研究を開始した。彼はフェルトマンが研究していたのと同じテーマ、ヤン＝ミルズ理論のくりこみに取り組むこととなった。1971年に彼の最初の論文が発表された。^{[3]この論文で彼は質量のないヤン＝ミルズ場をくりこみする方法を示し、振幅間の関係を導き出すことに成功した。この関係は}アンドレイ・スラヴノフとジョン・C・テイラーによって一般化され、スラヴノフ＝テイラー恒等式として知られるようになった。

世界はほとんど注目しなかったが、フェルトマンは自分が取り組んでいた問題が解決されたのを見て興奮した。その後、2人は次元正則化の手法を開発した集中的な共同研究の期間が続いた。間もなく、トホーフトの2番目の論文[4]が出版される準備が整い、その^中で彼は、自発的な対称性の破れによる質量場を持つヤン＝ミルズ理論を再正規化できることを示した。この論文により、2人は世界的な評価を受け、最終的に1999年のノーベル物理学賞を受賞することになった。

これら2つの論文はトホーフトの博士論文「ヤン＝ミルズ場の再正規化手順」の基礎となり、彼は1972年に博士号を取得した。同年、彼はユトレヒトで医学生だった妻アルベルタ・A・シックと結婚した。^[2]

博士号を取得した後、トホーフトはジュネーブの欧州原子核研究機構（ CERN）にフェローシップを持って赴任しました。彼は、ジュネーブに戻ったフェルトマンとともに、ヤン＝ミルズ理論の手法をさらに改良しました。この頃、彼は強い相互作用が質量のないヤン＝ミルズ理論として記述できる可能性に興味を持ちました。つまり、彼がちょうどくりこみ可能であることが証明され、したがって詳細な計算や実験との比較が可能なタイプの理論の 1 つでした。

トホーフトの計算によれば、このタイプの理論は、深非弾性散乱実験によればこの理論が持つべき適切な種類のスケーリング特性 (漸近的自由) をちょうど備えていた。これは、当時のヤン＝ミルズ理論の一般的な認識、すなわち重力や電磁力学のように、相互作用する粒子間の距離が増加すると強度が減少するはずであるという認識とは相反するものであり、距離によるこのような従来の動作では深非弾性散乱の結果を説明できなかったが、トホーフトの計算では可能であった。

1972年にマルセイユで開かれた小さな会議でトホーフトが自分の研究結果について言及したとき、クルト・シマンジクは彼にこの研究結果を公表するよう促した。^[2]しかしトホーフトは公表せず、この研究結果は最終的にヒュー・デイヴィッド・ポリツァー、デイヴィッド・グロス、フランク・ウィルチェクによって1973年に再発見・公表され、彼らは2004年のノーベル物理学賞を受賞した。^{[5] [6]}

1974年、トホーフトはユトレヒトに戻り、助教授となった。1976年、スタンフォード大学から客員教授として招かれ、ハーバード大学ではモリス・ローブ講師に就任した。長女のサスキア・アンはボストンで生まれ、次女のエレン・マルガはユトレヒトに戻って教授となった1978年に生まれた。^[2] 1987年から1988年の学年度、トホーフトはハワード・ゲオルギ、ロバート・ジャッフェらとともに、当時の新学部長ローレンス・スラックの手配によりボストン大学物理学科で長期研究を行った。

2007年、トホーフトは『Foundations of Physics』の編集長に就任し、同誌をECE理論の論争から遠ざけようとした。^[7]トホーフトは2016年までその職を務めた。

2011年7月1日、ユトレヒト大学の特別教授に任命された。^[8]

彼はアルベルタ・シック（ベッテケ）と結婚しており、2人の娘がいる。

1999年、トホーフトは「物理学における電弱相互作用の量子構造の解明」により、論文指導教官のフェルトマンとノーベル物理学賞を共同受賞した。 ^[9]それ以前にも、彼の研究は他の著名な賞で認められていた。1981年、彼はウルフ賞を受賞した。 ^[10]これはおそらくノーベル賞に次ぐ物理学賞である。5年後、彼は理論物理学における最も重要な貢献を称えられ、4年ごとに授与されるローレンツ賞を受賞した。 ^[11] 1995年、彼はオランダの科学者に与えられる最高の賞であるスピノザ賞の最初の受賞者の一人となった。 ^[12]同年、彼はフランクリン賞も受賞した。^[13] 2000年、トホーフトはアメリカ業績アカデミーのゴールデンプレート賞を受賞した。^[14]

ノーベル賞受賞以来、トホーフトは数々の賞、名誉博士号、名誉教授の称号を授与されている。^[15]彼はオランダ獅子勲章の騎士団長、フランスのレジオンドヌール勲章のオフィサーに叙せられた。小惑星9491トホーフトは彼にちなんで名付けられており、^[16]彼はその小惑星の将来の居住者のための憲法を書いた。^[17]

彼は1982年よりオランダ王立芸術科学アカデミー（KNAW）の会員であり、^[18] 2003年に同アカデミー教授に就任した。^{[19]また、フランス}科学アカデミー、アメリカ科学アカデミー、アメリカ芸術科学アカデミー、イギリスとアイルランドに拠点を置く物理学研究所など、他の多くの科学アカデミーの外国人会員でもある。^[15]

't Hooft は、モーガン・フリーマンと共に「Through the Wormhole」シーズン 3 に出演しました。

トホーフトの研究関心は、主に「素粒子物理学におけるゲージ理論」、「量子重力とブラックホール」、「量子力学の基礎的側面」の3つの方向に分けられます。^[20]

トホーフトは、素粒子物理学におけるゲージ理論の発展への貢献で最も有名です。その中で最もよく知られているのは、ヤン＝ミルズ理論がくりこみ可能であることを博士論文で証明したことです。この功績により、彼は 1999 年のノーベル物理学賞を共同受賞しました。この証明のために、彼は（指導教官のフェルトマンとともに）次元正規化の手法を導入しました。

博士号取得後、彼は強い相互作用におけるゲージ理論の役割に興味を持つようになり、^[2]その主導的な理論は量子色力学またはQCDと呼ばれています。彼の研究の多くは、QCDにおける色の閉じ込めの問題、つまり低エネルギーでは色中性粒子のみが観測されるという観測事実に焦点を当てていました。これにより、SU(N)ゲージ理論は大きなN極限で単純化されることが発見され、^[21]この事実は、反ド・ジッター空間の弦理論と1つ低い次元の共形場理論との間の予想された対応関係の検討において重要であることが証明されました。1つの空間と1つの時間次元で理論を解くことで、トホーフトは中間子の質量の式を導き出すことができました。^[22]

彼はまた、QCDにおけるいわゆるインスタントン寄与の役割を研究した。彼の計算は、これらの寄与が通常の理論には存在しない低エネルギーでの軽いクォーク間の相互作用につながることを示した。 ^[23]ヤン＝ミルズ理論のインスタントン解を研究して、トホーフトは、SU(N)対称性を持つ理論がU(1)対称性に自発的に破れると、磁気単極子の存在につながることを発見した。^{[24]これらの単極子は、同じ結果を独立に得た}アレクサンダー・ポリャコフにちなんで、トホーフト＝ポリャコフ単極子と呼ばれている。^[25]

色の閉じ込めパズルのもう一つのピースとして、トホーフトはウィルソンループの磁気双対であるトホーフトループを導入した。^{[26]これらの演算子を使用して、彼はQCDのさまざまな}相を分類することができ、それがQCD相図の基礎を形成した。

1986年、彼はついにインスタントンの寄与がアドラー・ベル・ジャッキウ異常を解決することを証明し、修士論文のテーマとなった。^[27]

フェルトマンとトホーフトがトホーフトが博士号を取得した後、欧州原子核研究機構（CERN）に移ったとき、フェルトマンは次元正規化技術を重力の量子化の問題に使用できる可能性に注目した。摂動量子重力理論は完全には繰り込み可能ではないことは知られていたが、彼らは理論の形式的な繰り込みを順番に研究することで重要な教訓が得られると感じた。この研究はスタンレー・デザーとフェルトマンのもう一人の博士課程の学生であるピーター・ファン・ニューウェンハウゼンによって続けられ、後に繰り込みカウンター項にパターンが見つかり、超重力の発見につながった。^[2]

1980年代、トホーフトは3次元時空における重力というテーマに注目した。デザーとジャッキーとともに、1984年に彼は平坦な空間のダイナミクスを記述した論文を発表した。この空間では、局所的な自由度は伝播する点欠陥のみである。^[28]彼はさまざまな時点でこのモデルに注目し、ゴット対は因果律を破る時間的ループを引き起こさないことを示し、^[29]このモデルを量子化する方法を示した。^[30]最近では、この区分的に平坦な重力モデルを4次元時空に一般化することを提案した。^[31]

スティーブン・ホーキングによるブラックホールのホーキング放射の発見により、これらの物体の蒸発は量子力学の基本的な性質であるユニタリー性に違反しているように思われた。トホーフトは、ブラックホール情報パラドックスとして知られるこの問題を受け入れることを拒否し、これはホーキングの半古典的な扱いの結果に違いなく、完全な量子重力理論には現れないはずだと仮定した。彼は、そのような理論がユニタリーであると仮定することで、そのような理論のいくつかの特性を研究できるかもしれないと提案した。

このアプローチを用いて、彼はブラックホールの近くでは量子場はより低い次元の理論によって記述できると主張した。^[32]これにより、彼とレナード・サスキンドはホログラフィック原理を導入した。^[33]

トホーフトは「量子論の物理的解釈に関して異なる見解」を持っている。^[20]彼は量子力学の根底には決定論的な説明がある可能性があると信じている。 ^[34]彼は推測モデルを用いて、そのような理論はそのような局所的な隠れた変数理論を否定する通常のベル不等式の議論を回避できると主張した。^[35] 2016年に彼は自身の考えを解説した本を出版したが^[36]、トホーフトによれば、それは賛否両論の反応に遭遇した。^[37]

• 't Hooft, Gerard (2008). Playing with Planets . doi :10.1142/6702. ISBN 978-981-279-307-2。
• 't Hooft, Gerard (1996).究極のビルディングブロックを求めて. doi :10.1017/CBO9781107340855. ISBN 9780521550833。
• 't Hooft, Gerard (2014). Time in Powers of Ten . doi :10.1142/8786. ISBN 978-981-4489-80-5。

• 't Hooft, Gerard (2016).セルオートマトンによる量子力学の解釈 (物理学の基礎理論、185)。第 185 巻。doi :10.1007 / 978-3-319-41285-6。ISBN 978-3-319-41284-9. S2CID  7779840。

ウィキメディア・コモンズには、ジェラルドゥス・ト・ホーフトに関連するメディアがあります。

Wikiquote にGerardus 't Hooftに関する引用があります。

• ジェラルド・トホーフト（ホームページ）
• 優れた理論物理学者になる方法 2022-08-23 にWayback Machineでアーカイブ
• ジェラルド・ト・ホーフト、Nobelprize.orgノーベル賞受賞講演「無限との対決」を含む
• Google Scholarからの出版物
• arXivでの出版物
• TVO.org ビデオ – ジェラルド・トフフトが SF と現実について講義 2008 年 5 月 7 日、カナダのオンタリオ州ウォータールーにあるペリメーター研究所で行われた講義
• INSPIRE-HEPについてのジェラルド・ト・ホーフト