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Cumrun Vafa persisch کامران وفا kɔːmˈrɔːn væˈfɔː 1 August 1960 in Teheran ist ein iranisch amerikanischer Physiker und e

Cumrun Vafa

Cumrun Vafa (persisch کامران وفا [kɔːmˈrɔːn væˈfɔː]; * 1. August 1960 in Teheran) ist ein iranisch-amerikanischer Physiker und einer der führenden Stringtheoretiker.

Cumrun Vafa in seinem Büro an der Harvard University

Leben Bearbeiten

Cumrun Vafa besuchte die Alborz High School in Teheran, bevor er 1977 zum Studium in die USA ging. Er machte 1981 seinen Bachelor-Abschluss in Mathematik und Physik am MIT in Cambridge. Anschließend ging er an die Princeton University, wo er 1985 seine Doktorarbeit bei Edward Witten (Thema: Symmetries, Inequalities and Index Theorems) abschloss. Seit 1988 ist er Associate Professor und seit 1990 Professor an der Harvard University, wo er nach Abschluss seines Studiums 1985 als Harvard Junior Fellow anfing. Seit 2003 ist er Donner Professor of Science in Harvard. 1989 erhielt er von der Alfred P. Sloan Foundation ein Forschungsstipendium (Sloan Research Fellowship).

Werk Bearbeiten

Zu seinen wichtigsten Arbeiten zählen Beiträge zur F-Theorie, zur topologischen Stringtheorie und (zusammen mit Andrew Strominger) zur mikroskopischen Beschreibung der Entropie Schwarzer Löcher über Solitonenlösungen der Superstringtheorie. Ein Schwerpunkt seiner Forschung ist der Zusammenhang von Geometrie und Quantenfeldtheorien, die sich insbesondere aus den verschiedenen String-Dualitäten ergaben (Geometric Engineering of Quantum Field Theories, 1997). Von ihm stammen auch Beiträge zur Spiegelsymmetrie (Mirror Symmetry) in der Stringtheorie und topologischen Stringtheorien, als er mit Rajesh Gopakumar 1998 eine neue topologische Invariante einführte (Gopakumar-Vafa-Invariante), die die BPS-Zustände von Calabi-Yau-3-Varietäten zählt und die Form einer Verteilungsfunktion in einer topologischen Quantenfeldtheorie hat. Sie vermuteten (Gopakumar-Vafa-Vermutung), dass die Gromow-Witten-Invarianten von Calabi-Yau-3-Varietäten durch diese Gopakumar-Vafa-Invarianten ausgedrückt werden können.

Anhand der topologischen Stringtheorie (ein Stringtheorie-Modell, das in gewisser Hinsicht einfacher als die für realistische Modelle betrachtete Superstringtheorie ist) untersuchte er auch den Zusammenhang mit Quantengravitation (topologischer Gravitation). 1998 entwickelte er mit Gopakumar die Sichtweise, dass topologische Stringtheorien mit geschlossenen Strings (die Gravitation beschreiben) mit Eichfeldtheorien für hohe zusammenhängen und dass sich topologische Gravitation im Modellfall topologischer Eichfeldtheorien für diese im Grenzfall großer Eichgruppen (Parameter ) ergibt. Der Zusammenhang von Eichfeldtheorien und Gravitation war damals schon im Rahmen der M-Theorie und der AdS/CFT-Korrespondenz aktuell, die Berechnungen aber schwierig. 2004 schlug er mit Robbert Dijkgraaf und anderen die topologische M-Theorie als vereinheitlichte Theorie verschiedene Form-Theorien der Gravitation in unterschiedlichen Dimensionen vor.

Die von ihm 1996 eingeführte F-Theorie erlaubt die Konstruktion neuer String-Vakua, indem von einer 12-dimensionalen Theorie ausgegangen wird, die auf dem Torus kompaktifiziert wird. Das führt zu einer S-Dualität der sich ergebenden IIB Superstringtheorie. Statt des Torus werden auch allgemeiner elliptisch gefaserte Mannigfaltigkeiten M verwendet (das heißt die Fasern haben die Struktur elliptischer Kurven, topologisch einem Torus entsprechend), wobei in der Superstringtheorie für M meist Calabi-Yau-Mannigfaltigkeiten gewählt werden, mit vier komplexen Dimensionen. Aus solchen und ähnlichen Konstruktionen ergab sich in den 1990er Jahren die Erkenntnis, dass es eine Fülle möglicher String-Vakua gibt (was mit dem Schlagwort landscape, Landschaft, bezeichnet wird).

String-Landschaften und Sumpfland Bearbeiten

Um die aus den zahlreichen möglichen String-Vakua bestehende Landschaft (String Landscape) einzugrenzen, schlug Vafa 2005 die Suche nach physikalisch überzeugenden Kriterien vor, die geeignet sind, unphysikalische String-Vakua (bzw. falsche, instabile oder metastabile Vakua) auszugrenzen (als Sumpfland, Swampland). Die Idee dieses Programms wurde schnell von Stringtheoretikern übernommen.

2005 stellte er mit Nima Arkani-Hamed, Lubos Motl und Alberto Nicolis als ein solches mögliches Kriterium vor, dass die Gravitation stets die schwächste Kraft ist (Weak gravity conjecture) Die Hypothese fand 2017 auch Anwendung im Ausschluss (Cosmic Censorship) Nackter Singularitäten in höherdimensionalen Graviationstheorien.

2018 stellte Vafa eine weitere Sumpflandhypothese vor (De-Sitter-Sumpfland-Vermutung), die, falls sie zutrifft, die übliche Stringtheorie (mit den aus ihr bisher abgeleiteten kosmologischen Vorhersagen) ausschließen würde, und auch ein Problem für die gängigen Inflationsmodelle der Kosmologie darstellt. Nach der Hypothese muss die Vakuumenergiedichte (ausgedrückt durch ein skalares Potential in Theorien der Quantengravitation) grundsätzlich stärker abfallen als eine Schranke, die durch gegeben ist (mit einer Konstante ). Die Entdeckung dunkler Energie in der Kosmologie widerspricht dem, da sie De-Sitter-Universen mit konstanter positiver Vakuumenergie entspricht. Nach Vafas Hypothese gehören diese nicht zur Landschaft möglicher String-Vakua, sondern zum physikalisch ausgeschlossenen Sumpfland. In den möglichen Universen muss nach Vafas De-Sitter-Sumpfland-Vermutung die Vakuumenergie entweder entsprechend der oben angegebenen Ungleichung abnehmen oder einen stabilen negativen Wert erhalten (Anti-de-Sitter-Raum). Letztere sind im Gegensatz zu De-Sitter-Universen leicht in den Stringtheorien zu konstruieren (die Schwierigkeit, De-Sitter-Universen in Stringtheorien zu konstruieren, war ein Motiv für Vafas Hypothese). Dynamisch veränderliche abnehmende dunkle Energie entspricht Quintessenz-Modellen der Dunklen Energie. Astronomische Beobachtungen zur Dynamik dunkler Energie sind in Vorbereitung (Dark Energy Survey, das geplante Weltraumteleskop WFIRST, Euclid), um über diese Hypothese zu entscheiden. Die Vermutung von Vafa bringt aber auch gängige Inflationsmodelle der Kosmologie in Gefahr, da sie eine zu hohe Abnahmerate der Energie des Inflatonfeldes verlangt. Vafas Hypothese wurde nach ihrer Einführung und Vorstellung auf der Strings 2018 Konferenz kontrovers diskutiert.

Ehrungen Bearbeiten

1998 hielt er einen Plenarvortrag auf dem Internationalen Mathematikerkongress in Berlin (Geometric Physics). Seit 2005 ist er Mitglied der American Academy of Arts and Sciences und seit 2009 der National Academy of Sciences. 2008 erhielt er die Dirac-Medaille (ICTP), 2014 den Physics Frontiers Prize. Für 2016 wurde ihm der Dannie-Heineman-Preis für mathematische Physik zugesprochen, für 2017 der Breakthrough Prize in Fundamental Physics. Er ist Fellow der American Physical Society.

Schriften (Auswahl) Bearbeiten

Außer den in den Fußnoten zitierten Aufsätze:

  • mit S. Kachru: Exact results for N=2 compactifications of heterotic strings. In: Nucl. Phys. B, 450, 1995, S. 69–89; arxiv:hep-th/9505105
  • mit K. Hori, S. Katz, A. Klemm, R. Pandharipande, R. Thomas, R. Vakil, E. Zaslow: Mirror Symmetry. In: Clay Math. Monographs, 1, AMS, 2003
  • mit Andrew Neitzke: Topological strings and their physical applications. 2004; arxiv:hep-th/0410178
  • The string landscape and the swampland. 2005; arxiv:hep-th/0509212
  • Geometry and GUT. 2009; arxiv:0911.3008
  • Puzzles to unravel the universe. 2020, ISBN 979-8-6426-9363-6. Deutsch: Das Universum in Rätseln. 2021, ISBN 978-3527414062.

Weblinks Bearbeiten

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Cumrun Vafa im Mathematics Genealogy Project (englisch) Vorlage:MathGenealogyProject/Wartung/id verwendet
  2. Strominger, Vafa: Microscopic Origin of the Bekenstein-Hawking Entropy. In: Physical Letters B, Band 379, 1996, S. 99–104, arxiv:hep-th/9601029 Arxiv
  3. Vafa, Sheldon Katz, Albrecht Klemm: Geometric Engineering of Quantum Field Theories. In: Nucl. Phys. B, Band 497, 1997, S. 173–195; arxiv:hep-th/9609239
  4. Gopakumar, Vafa: M-Theory and topological strings. 2 Teile. 1998; arxiv:hep-th/9809187 Teil 1, arxiv:hep-th/9812127 Teil 2,
  5. Gopakumar, Vafa: On the Gauge Theory / Geometry Correspondence. 1998; arxiv:hep-th/9811131
  6. Gopakumar, Vafa: Topological Gravity as Large N Topological Gauge Theory. In: Adv. Theor. Math. Phys., Band 2, 1998, S. 413–442; arxiv:hep-th/9802016.
  7. Robbert Dijkgraaf, Sergei Gukov, Andrew Neitzke, Cumrun Vafa: Topological M-theory as Unification of Form Theories of Gravity. In: Adv.Theor.Math.Phys., Band 9, 2005, S. 603–665; arxiv:hep-th/0411073
  8. Vafa: Evidence for F-Theory. In: Nucl.Phys. B, Band 469, 1996, S. 403–418; arxiv:hep-th/9602022
  9. Vafa: The String Landscape and the Swampland. 2005; arxiv:hep-th/0509212
  10. T. Daniel Brennan, Federico Carta, Cumrun Vafa: The String Landscape, the Swampland, and the Missing Corner. Übersichtsartikel basierend auf den TASI-Lectures von Vafa 2017; arxiv:1711.00864
  11. Nima Arkani-Hamed, Lubos Motl, Alberto Nicolis, Cumrun Vafa: The String Landscape, Black Holes and Gravity as the Weakest Force. In: JHEP, 0706, S. 060, 2007; arxiv:hep-th/0601001
  12. Natalie Wolchover: Where Gravity Is Weak and Naked Singularities Are Verboten. In: Quanta Magazine, 20. Juni 2017
  13. Georges Obied, Hirosi Ooguri, Lev Spodyneiko, Cumrun Vafa: De Sitter space and the swampland. 17. Juli 2018 (englisch); arxiv:1806.08362.
    Prateek Agrawal, Georges Obied, Paul J. Steinhardt, Cumrun Vafa: On the Cosmological Implications of the String Swampland. 19. Juli 2018 (englisch); arxiv:1806.09718.
    Natalie Wolchover: Dark Energy May Be Incompatible With String Theory. In: Quanta Magazine. 9. August 2018, abgerufen am 3. September 2018 (englisch).
  14. Für de Sitter Universen schlugen allerdings Shamit Kachru und Kollegen 2003 Mechanismen vor, sie dennoch in Stringtheorien zu konstruieren, nach den Autoren KKLT abgekürzt.
  15. Cumrun Vafa: Geometric Physics. 20. Oktober 1998 (englisch); arxiv:hep-th/9810149
Personendaten
NAME Vafa, Cumrun
KURZBESCHREIBUNG iranischer Physiker
GEBURTSDATUM 1. August 1960
GEBURTSORT Teheran, Iran
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Veröffentlichungsdatum:
Cumrun Vafa persisch کامران وفا kɔːmˈrɔːn vaeˈfɔː 1 August 1960 in Teheran ist ein iranisch amerikanischer Physiker und einer der fuhrenden Stringtheoretiker Cumrun Vafa in seinem Buro an der Harvard University Inhaltsverzeichnis 1 Leben 2 Werk 3 String Landschaften und Sumpfland 4 Ehrungen 5 Schriften Auswahl 6 Weblinks 7 EinzelnachweiseLeben BearbeitenCumrun Vafa besuchte die Alborz High School in Teheran bevor er 1977 zum Studium in die USA ging Er machte 1981 seinen Bachelor Abschluss in Mathematik und Physik am MIT in Cambridge Anschliessend ging er an die Princeton University wo er 1985 seine Doktorarbeit bei Edward Witten Thema Symmetries Inequalities and Index Theorems abschloss 1 Seit 1988 ist er Associate Professor und seit 1990 Professor an der Harvard University wo er nach Abschluss seines Studiums 1985 als Harvard Junior Fellow anfing Seit 2003 ist er Donner Professor of Science in Harvard 1989 erhielt er von der Alfred P Sloan Foundation ein Forschungsstipendium Sloan Research Fellowship Werk BearbeitenZu seinen wichtigsten Arbeiten zahlen Beitrage zur F Theorie zur topologischen Stringtheorie und zusammen mit Andrew Strominger zur mikroskopischen Beschreibung der Entropie Schwarzer Locher uber Solitonenlosungen der Superstringtheorie 2 Ein Schwerpunkt seiner Forschung ist der Zusammenhang von Geometrie und Quantenfeldtheorien die sich insbesondere aus den verschiedenen String Dualitaten ergaben Geometric Engineering of Quantum Field Theories 1997 3 Von ihm stammen auch Beitrage zur Spiegelsymmetrie Mirror Symmetry in der Stringtheorie und topologischen Stringtheorien als er mit Rajesh Gopakumar 1998 eine neue topologische Invariante einfuhrte Gopakumar Vafa Invariante die die BPS Zustande von Calabi Yau 3 Varietaten zahlt und die Form einer Verteilungsfunktion in einer topologischen Quantenfeldtheorie hat 4 Sie vermuteten Gopakumar Vafa Vermutung dass die Gromow Witten Invarianten von Calabi Yau 3 Varietaten durch diese Gopakumar Vafa Invarianten ausgedruckt werden konnen Anhand der topologischen Stringtheorie ein Stringtheorie Modell das in gewisser Hinsicht einfacher als die fur realistische Modelle betrachtete Superstringtheorie ist untersuchte er auch den Zusammenhang mit Quantengravitation topologischer Gravitation 1998 entwickelte er mit Gopakumar die Sichtweise dass topologische Stringtheorien mit geschlossenen Strings die Gravitation beschreiben mit S U N displaystyle SU N nbsp Eichfeldtheorien fur hohe N displaystyle N nbsp zusammenhangen 5 und dass sich topologische Gravitation im Modellfall topologischer Eichfeldtheorien fur diese im Grenzfall grosser Eichgruppen Parameter N displaystyle N nbsp ergibt 6 Der Zusammenhang von Eichfeldtheorien und Gravitation war damals schon im Rahmen der M Theorie und der AdS CFT Korrespondenz aktuell die Berechnungen aber schwierig 2004 schlug er mit Robbert Dijkgraaf und anderen die topologische M Theorie als vereinheitlichte Theorie verschiedene Form Theorien der Gravitation in unterschiedlichen Dimensionen vor 7 Die von ihm 1996 8 eingefuhrte F Theorie erlaubt die Konstruktion neuer String Vakua indem von einer 12 dimensionalen Theorie ausgegangen wird die auf dem Torus kompaktifiziert wird Das fuhrt zu einer S L 2 Z displaystyle SL 2 mathbb Z nbsp S Dualitat der sich ergebenden IIB Superstringtheorie Statt des Torus werden auch allgemeiner elliptisch gefaserte Mannigfaltigkeiten M verwendet das heisst die Fasern haben die Struktur elliptischer Kurven topologisch einem Torus entsprechend wobei in der Superstringtheorie fur M meist Calabi Yau Mannigfaltigkeiten gewahlt werden mit vier komplexen Dimensionen Aus solchen und ahnlichen Konstruktionen ergab sich in den 1990er Jahren die Erkenntnis dass es eine Fulle moglicher String Vakua gibt was mit dem Schlagwort landscape Landschaft bezeichnet wird String Landschaften und Sumpfland BearbeitenUm die aus den zahlreichen moglichen String Vakua bestehende Landschaft String Landscape einzugrenzen schlug Vafa 2005 die Suche nach physikalisch uberzeugenden Kriterien vor die geeignet sind unphysikalische String Vakua bzw falsche instabile oder metastabile Vakua auszugrenzen als Sumpfland Swampland 9 Die Idee dieses Programms wurde schnell von Stringtheoretikern ubernommen 10 2005 stellte er mit Nima Arkani Hamed Lubos Motl und Alberto Nicolis als ein solches mogliches Kriterium vor dass die Gravitation stets die schwachste Kraft ist Weak gravity conjecture 11 Die Hypothese fand 2017 auch Anwendung im Ausschluss Cosmic Censorship Nackter Singularitaten in hoherdimensionalen Graviationstheorien 12 2018 stellte Vafa eine weitere Sumpflandhypothese vor De Sitter Sumpfland Vermutung die falls sie zutrifft die ubliche Stringtheorie mit den aus ihr bisher abgeleiteten kosmologischen Vorhersagen ausschliessen wurde und auch ein Problem fur die gangigen Inflationsmodelle der Kosmologie darstellt Nach der Hypothese muss die Vakuumenergiedichte ausgedruckt durch ein skalares Potential V displaystyle V nbsp in Theorien der Quantengravitation grundsatzlich starker abfallen als eine Schranke die durch V c V displaystyle nabla V geq cV nbsp gegeben ist mit einer Konstante c displaystyle c nbsp 13 Die Entdeckung dunkler Energie in der Kosmologie widerspricht dem da sie De Sitter Universen mit konstanter positiver Vakuumenergie entspricht Nach Vafas Hypothese gehoren diese nicht zur Landschaft moglicher String Vakua sondern zum physikalisch ausgeschlossenen Sumpfland In den moglichen Universen muss nach Vafas De Sitter Sumpfland Vermutung die Vakuumenergie entweder entsprechend der oben angegebenen Ungleichung abnehmen oder einen stabilen negativen Wert erhalten Anti de Sitter Raum Letztere sind im Gegensatz zu De Sitter Universen 14 leicht in den Stringtheorien zu konstruieren die Schwierigkeit De Sitter Universen in Stringtheorien zu konstruieren war ein Motiv fur Vafas Hypothese Dynamisch veranderliche abnehmende dunkle Energie entspricht Quintessenz Modellen der Dunklen Energie Astronomische Beobachtungen zur Dynamik dunkler Energie sind in Vorbereitung Dark Energy Survey das geplante Weltraumteleskop WFIRST Euclid um uber diese Hypothese zu entscheiden Die Vermutung von Vafa bringt aber auch gangige Inflationsmodelle der Kosmologie in Gefahr da sie eine zu hohe Abnahmerate der Energie des Inflatonfeldes verlangt Vafas Hypothese wurde nach ihrer Einfuhrung und Vorstellung auf der Strings 2018 Konferenz kontrovers diskutiert Ehrungen Bearbeiten1998 hielt er einen Plenarvortrag auf dem Internationalen Mathematikerkongress in Berlin Geometric Physics 15 Seit 2005 ist er Mitglied der American Academy of Arts and Sciences und seit 2009 der National Academy of Sciences 2008 erhielt er die Dirac Medaille ICTP 2014 den Physics Frontiers Prize Fur 2016 wurde ihm der Dannie Heineman Preis fur mathematische Physik zugesprochen fur 2017 der Breakthrough Prize in Fundamental Physics Er ist Fellow der American Physical Society Schriften Auswahl BearbeitenAusser den in den Fussnoten zitierten Aufsatze mit S Kachru Exact results for N 2 compactifications of heterotic strings In Nucl Phys B 450 1995 S 69 89 arxiv hep th 9505105 mit K Hori S Katz A Klemm R Pandharipande R Thomas R Vakil E Zaslow Mirror Symmetry In Clay Math Monographs 1 AMS 2003 mit Andrew Neitzke Topological strings and their physical applications 2004 arxiv hep th 0410178 The string landscape and the swampland 2005 arxiv hep th 0509212 Geometry and GUT 2009 arxiv 0911 3008 Puzzles to unravel the universe 2020 ISBN 979 8 6426 9363 6 Deutsch Das Universum in Ratseln 2021 ISBN 978 3527414062 Weblinks BearbeitenCumrun Vafas Homepage Veroffentlichungen von Cumrun Vafa bei SPIRES Cumrun Vafa In arXiv org Cumrun Vafa American Institute of Physics abgerufen am 2 September 2018 englisch Einzelnachweise Bearbeiten Cumrun Vafa im Mathematics Genealogy Project englisch Vorlage MathGenealogyProject Wartung id verwendet Strominger Vafa Microscopic Origin of the Bekenstein Hawking Entropy In Physical Letters B Band 379 1996 S 99 104 arxiv hep th 9601029 Arxiv Vafa Sheldon Katz Albrecht Klemm Geometric Engineering of Quantum Field Theories In Nucl Phys B Band 497 1997 S 173 195 arxiv hep th 9609239 Gopakumar Vafa M Theory and topological strings 2 Teile 1998 arxiv hep th 9809187 Teil 1 arxiv hep th 9812127 Teil 2 Gopakumar Vafa On the Gauge Theory Geometry Correspondence 1998 arxiv hep th 9811131 Gopakumar Vafa Topological Gravity as Large N Topological Gauge Theory In Adv Theor Math Phys Band 2 1998 S 413 442 arxiv hep th 9802016 Robbert Dijkgraaf Sergei Gukov Andrew Neitzke Cumrun Vafa Topological M theory as Unification of Form Theories of Gravity In Adv Theor Math Phys Band 9 2005 S 603 665 arxiv hep th 0411073 Vafa Evidence for F Theory In Nucl Phys B Band 469 1996 S 403 418 arxiv hep th 9602022 Vafa The String Landscape and the Swampland 2005 arxiv hep th 0509212 T Daniel Brennan Federico Carta Cumrun Vafa The String Landscape the Swampland and the Missing Corner 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englisch arxiv hep th 9810149Normdaten Person GND 119382024 lobid OGND AKS LCCN n87120461 VIAF 6442702 Wikipedia Personensuche PersonendatenNAME Vafa CumrunKURZBESCHREIBUNG iranischer PhysikerGEBURTSDATUM 1 August 1960GEBURTSORT Teheran Iran Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Cumrun Vafa amp oldid 225081433