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Hans Béthe

Hans Albrecht Bethe ( pronunciación alemana: [ˈhans ˈbeːtə] ;físicoteórico germano-estadounidenseque hizo importantes contribuciones ala física nuclear,la astrofísica,la electrodinámica cuánticayla física del estado sólido, y que ganó elPremio Nobel de Físicapor su trabajo sobre la Teoría dela nucleosíntesis estelar.[1][2]Durante la mayor parte de su carrera, Bethe fue profesora enla Universidad de Cornell.[3]

Durante la Segunda Guerra Mundial, fue jefe de la División Teórica del laboratorio secreto de Los Álamos que desarrolló las primeras bombas atómicas . Allí desempeñó un papel clave en el cálculo de la masa crítica de las armas y en el desarrollo de la teoría detrás del método de implosión utilizado tanto en la prueba Trinity como en el arma " Fat Man " lanzada sobre Nagasaki en agosto de 1945 .

Después de la guerra, Bethe también jugó un papel importante en el desarrollo de la bomba de hidrógeno , aunque originalmente se había unido al proyecto con la esperanza de demostrar que no se podía fabricar. Más tarde, Bethe hizo campaña con Albert Einstein y el Comité de Emergencia de Científicos Atómicos contra las pruebas nucleares y la carrera armamentista nuclear . Ayudó a persuadir a las administraciones de Kennedy y Nixon para que firmaran, respectivamente, el Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares de 1963 y el Tratado de Misiles Antibalísticos de 1972 ( SALT I ).

Su investigación científica nunca cesó y estuvo publicando artículos hasta bien entrados los noventa, lo que lo convirtió en uno de los pocos científicos que publicó al menos un artículo importante en su campo durante cada década de su carrera, que en el caso de Bethe abarcó casi setenta años. Freeman Dyson , quien alguna vez fue su estudiante de doctorado, lo llamó el "supremo solucionador de problemas del siglo XX". [4]

Primeros años de vida

Bethe nació en Estrasburgo , que en ese momento formaba parte del Reichsland Elsaß-Lothringen , Alemania , el 2 de julio de 1906, hijo único de Anna (de soltera Kuhn) y Albrecht Bethe, un Privatdozent de fisiología en la Universidad de Estrasburgo . [5] Aunque su madre, hija de Abraham Kuhn , profesor de la Universidad de Estrasburgo, tenía antecedentes judíos , [6] Bethe fue criada como protestante , como su padre; [7] [8] y se volvió ateo más adelante en su vida. [9]

Hans Bethe, 12 años, con sus padres

Su padre aceptó en 1912 el puesto de profesor y director del Instituto de Fisiología de la Universidad de Kiel y la familia se mudó al apartamento del director del instituto. Inicialmente, fue educado en forma privada por un maestro profesional como parte de un grupo de ocho niñas y niños. [10] La familia se mudó nuevamente en 1915 cuando su padre se convirtió en el director del nuevo Instituto de Fisiología de la Universidad Goethe de Frankfurt . [7]

Bethe asistió al Goethe-Gymnasium en Frankfurt , Alemania. Su educación se vio interrumpida en 1916, cuando contrajo tuberculosis y fue enviado a Bad Kreuznach para recuperarse. En 1917, se había recuperado lo suficiente como para asistir a la Realschule local y al año siguiente fue enviado a la Odenwaldschule , un internado privado mixto . [11] Asistió nuevamente al Goethe-Gymnasium durante sus últimos tres años de educación secundaria, de 1922 a 1924. [12]

Después de aprobar su Abitur , Bethe ingresó en la Universidad de Frankfurt en 1924. Decidió especializarse en química . La instrucción en física era deficiente y, aunque en Frankfurt había matemáticos distinguidos como Carl Ludwig Siegel y Otto Szász , a Bethe no le gustaban sus enfoques, que presentaban las matemáticas sin referencia a las otras ciencias. [13] Bethe descubrió que era un pobre experimentalista que destruyó su bata de laboratorio al derramar ácido sulfúrico sobre ella, pero encontró más interesante la física avanzada enseñada por el profesor asociado, Walter Gerlach . [13] [14] Gerlach se fue en 1925 y fue reemplazado por Karl Meissner , quien aconsejó a Bethe que debería ir a una universidad con una mejor escuela de física teórica, específicamente la Universidad de Munich , donde podría estudiar con Arnold Sommerfeld . [15] [16]

Bethe ingresó en la Universidad de Munich en abril de 1926, donde Sommerfeld lo aceptó como estudiante por recomendación de Meissner. [17] Sommerfeld impartió un curso avanzado sobre ecuaciones diferenciales en física, que Bethe disfrutó. Debido a que era un académico tan renombrado, Sommerfeld recibía con frecuencia copias anticipadas de artículos científicos, que presentaba para discusión en seminarios nocturnos semanales. Cuando llegó Bethe, Sommerfeld acababa de recibir los artículos de Erwin Schrödinger sobre mecánica ondulatoria . [18]

Para su tesis doctoral , Sommerfeld sugirió que Bethe examinara la difracción de electrones en cristales . Como punto de partida, Sommerfeld sugirió el artículo de Paul Ewald de 1914 sobre la difracción de rayos X en cristales. Bethe recordó más tarde que se volvió demasiado ambicioso y, en busca de una mayor precisión, sus cálculos se volvieron innecesariamente complicados. [19] Cuando conoció a Wolfgang Pauli por primera vez, Pauli le dijo: "Después de las historias de Sommerfeld sobre usted, esperaba de usted mucho mejor que su tesis". [20] "Supongo que por parte de Pauli", recordó Bethe más tarde, "eso fue un cumplido". [20]

Trabajo temprano

Después de que Bethe se doctorara, Erwin Madelung le ofreció una ayudantía en Frankfurt y en septiembre de 1928 Bethe se mudó con su padre, que recientemente se había divorciado de su madre. Su padre conoció a Vera Congehl a principios de ese año y se casó con ella en 1929. Tuvieron dos hijos, Doris, nacida en 1933, y Klaus, nacido en 1934. [21]

Bethe no encontró muy estimulante el trabajo en Frankfurt y en 1929 aceptó una oferta de Ewald en la Technische Hochschule de Stuttgart . Mientras estuvo allí, escribió lo que consideró su mejor artículo, [22] Zur Theorie des Durchgangs schneller Korpuskularstrahlen durch Materie ("La teoría del paso de los rayos corpusculares rápidos a través de la materia"). [23] A partir de la interpretación de Max Born de la ecuación de Schrödinger , Bethe produjo una fórmula simplificada para problemas de colisión utilizando una transformada de Fourier , que hoy se conoce como fórmula de Bethe . Presentó este artículo para su habilitación en 1930. [22] [24] [25]

Sommerfeld recomendó a Bethe para una beca de viaje de la Fundación Rockefeller en 1929. Esto le proporcionó 150 dólares al mes (alrededor de 3.000 dólares en dólares de 2023 [A] ) para estudiar en el extranjero. En 1930, Bethe optó por realizar un trabajo postdoctoral en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge en Inglaterra, donde trabajó bajo la supervisión de Ralph Fowler . [26] A petición de Patrick Blackett , que trabajaba con cámaras de niebla , Bethe creó una versión relativista de la fórmula de Bethe. [27]

Bethe era conocido por su sentido del humor, y con Guido Beck y Wolfgang Riezler  [Delaware] , otros dos becarios de investigación postdoctoral , crearon un artículo engañoso Sobre la teoría cuántica de la temperatura del cero absoluto donde calculaba la constante de estructura fina a partir de la constante absoluta. Temperatura cero en unidades Celsius. [28] El artículo se burlaba de cierta clase de artículos sobre física teórica de la época, que eran puramente especulativos y se basaban en argumentos numéricos espurios, como los intentos de Arthur Eddington de explicar el valor de la constante de estructura fina a partir de cantidades fundamentales. en un artículo anterior. Se vieron obligados a pedir disculpas. [29]

Para la segunda mitad de su beca, Bethe decidió ir al laboratorio de Enrico Fermi en Roma en febrero de 1931. Fermi le impresionó mucho y lamentó no haber ido primero a Roma. [30] Bethe desarrolló Bethe ansatz , un método para encontrar las soluciones exactas para los valores propios y vectores propios de ciertos modelos cuánticos unidimensionales de muchos cuerpos. [31] Fue influenciado por la simplicidad de Fermi y el rigor de Sommerfeld al abordar los problemas y estas cualidades influyeron en su propia investigación posterior. [32]

La Fundación Rockefeller ofreció una extensión de la beca de Bethe, permitiéndole regresar a Italia en 1932. [33] Mientras tanto, Bethe trabajó para Sommerfeld en Munich como privatdozent . Como Bethe hablaba inglés con fluidez, Sommerfeld hizo que Bethe supervisara a todos sus becarios postdoctorales de habla inglesa, incluido Lloyd P. Smith de la Universidad de Cornell . [34] Bethe aceptó una petición de Karl Scheel para escribir un artículo para el Handbuch der Physik sobre la mecánica cuántica del hidrógeno y el helio. Al revisar el artículo décadas después, Robert Bacher y Victor Weisskopf señalaron que era inusual en la profundidad y amplitud de su tratamiento del tema que requirió muy poca actualización para la edición de 1959. Luego, Sommerfeld le pidió a Bethe que lo ayudara con el artículo del manual sobre los electrones en los metales. El artículo cubrió las bases de lo que ahora se llama física del estado sólido . Bethe tomó un campo muy nuevo y proporcionó una cobertura clara, coherente y completa del mismo. [33] Su trabajo en los artículos del manual ocupó la mayor parte de su tiempo en Roma, pero también coescribió un artículo con Fermi sobre otro nuevo campo, la electrodinámica cuántica , que describe las interacciones relativistas de partículas cargadas. [35]

En 1932, Bethe aceptó un nombramiento como profesor asistente en la Universidad de Tubinga , donde Hans Geiger era profesor de física experimental. [36] [37] Una de las primeras leyes aprobadas por el nuevo gobierno nazi fue la Ley para la Restauración de la Función Pública Profesional . Debido a su origen judío, Bethe fue despedida de su trabajo en la universidad, que era un puesto gubernamental. Geiger se negó a ayudar, pero Sommerfeld inmediatamente le devolvió a Bethe su beca en Munich. Sommerfeld pasó gran parte del semestre de verano de 1933 buscando lugares para estudiantes y colegas judíos. [38]

Bethe dejó Alemania en 1933 y se mudó a Inglaterra después de recibir una oferta para un puesto como profesora en la Universidad de Manchester durante un año a través de la conexión de Sommerfeld con William Lawrence Bragg . [38] Se mudó con su amigo Rudolf Peierls y la esposa de Peierls, Genia. Peierls era un colega físico alemán al que también se le había excluido de puestos académicos en Alemania porque era judío. Esto significaba que Bethe tenía alguien con quien hablar en alemán y no tenía que comer comida inglesa. [39] Su relación era tanto profesional como personal. Peierls despertó el interés de Bethe por la física nuclear . [40] Después de que James Chadwick y Maurice Goldhaber descubrieron la fotodesintegración del deuterio , [41] Chadwick desafió a Bethe y Peierls a encontrar una explicación teórica de este fenómeno. Esto lo hicieron en el viaje de cuatro horas en tren desde Cambridge de regreso a Manchester. [42] Bethe investigaría más a fondo en los años venideros. [40]

En 1933, el departamento de física de Cornell buscaba un nuevo físico teórico y Lloyd Smith recomendó encarecidamente a Bethe. Esto fue apoyado por Bragg, que estaba de visita en Cornell en ese momento. En agosto de 1934, Cornell le ofreció a Bethe un puesto como profesora asistente interina. Bethe ya había aceptado una beca de un año para trabajar con Nevill Mott en la Universidad de Bristol durante un semestre, pero Cornell accedió a dejarle empezar en la primavera de 1935. [43] Antes de partir hacia los Estados Unidos, visitó a los Niels Instituto Bohr de Copenhague en septiembre de 1934, donde le propuso matrimonio a Hilde Levi , quien aceptó. La madre de Bethe se opuso al matrimonio, quien a pesar de tener antecedentes judíos, no quería que se casara con una mujer judía. [44] Unos días antes de la fecha de su boda en diciembre, Bethe rompió su compromiso. [45] Niels Bohr y James Franck quedaron tan conmocionados por esta acción de Bethe que no fue invitado nuevamente al instituto hasta después de la Segunda Guerra Mundial . [44]

Estados Unidos

Bethe llegó a los Estados Unidos en febrero de 1935 y se unió a la facultad de la Universidad de Cornell con un salario de 3.000 dólares. [46] El nombramiento de Bethe fue parte de un esfuerzo deliberado por parte del nuevo jefe de su departamento de física, Roswell Clifton Gibbs , para avanzar hacia la física nuclear. [47] Gibbs había contratado a Stanley Livingston , que había trabajado con Ernest Lawrence , para construir un ciclotrón en Cornell. [47] Para completar el equipo, Cornell necesitaba un experimentador y, siguiendo el consejo de Bethe y Livingston, reclutó a Robert Bacher . Bethe recibió solicitudes para visitar la Universidad de Columbia de Isidor Isaac Rabi , la Universidad de Princeton de Edward Condon , la Universidad de Rochester de Lee DuBridge , la Universidad Purdue de Karl Lark-Horovitz , la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign de Francis Wheeler Loomis y la Universidad de Harvard de John Hasbrouck Van Vleck . Gibbs tomó medidas para evitar que Bethe fuera robada al nombrarlo profesor asistente regular en 1936, con la seguridad de que pronto seguiría el ascenso a profesor. [48]

Junto con Bacher y Livingston, Bethe publicó una serie de tres artículos, [49] [50] [51] que resumían la mayor parte de lo que se sabía sobre el tema de la física nuclear hasta ese momento, un relato que se conoció informalmente como "La Biblia de Bethe". ". Siguió siendo el trabajo estándar sobre el tema durante muchos años. En este relato, también continuó donde otros lo habían dejado, llenando vacíos en la literatura más antigua. [52] Loomis le ofreció a Bethe una cátedra completa en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, pero Cornell igualó el puesto ofrecido y el salario de 6.000 dólares. [53] Le escribió a su madre:

Me refiero al principal teórico de Estados Unidos. Eso no significa lo mejor. Wigner es ciertamente mejor y Oppenheimer y Teller probablemente igual de buenos. Pero hago más y hablo más y eso también cuenta. [54]

El 17 de marzo de 1938, Bethe asistió al Instituto Carnegie y a la cuarta Conferencia anual de Física Teórica de Washington de la Universidad George Washington . Solo hubo 34 asistentes invitados, pero entre ellos se encontraban Gregory Breit , Subrahmanyan Chandrasekhar , George Gamow , Donald Menzel , John von Neumann , Bengt Strömgren , Edward Teller y Merle Tuve . Bethe inicialmente rechazó la invitación para asistir porque el tema de la conferencia, la generación de energía estelar , no le interesaba, pero Teller lo convenció para que asistiera. En la conferencia, Strömgren detalló lo que se sabía sobre la temperatura, la densidad y la composición química del Sol, y desafió a los físicos a encontrar una explicación. Gamow y Carl Friedrich von Weizsäcker habían propuesto en un artículo de 1937 que la energía del Sol era el resultado de una reacción en cadena protón-protón : [55] [56]

Pero esto no explica la observación de elementos más pesados ​​que el helio. Al final de la conferencia, Bethe, trabajando en colaboración con Charles Critchfield , había ideado una serie de reacciones nucleares posteriores que explicaban cómo brilla el Sol: [57]

No se pasó por alto que esto no explicaba los procesos en las estrellas más pesadas. En ese momento había dudas sobre si el ciclo protón-protón describía los procesos en el Sol, pero mediciones más recientes de la temperatura central y la luminosidad del Sol muestran que así es. [55] Cuando regresó a Cornell, Bethe estudió las reacciones nucleares relevantes y las secciones transversales de reacción , lo que le llevó a descubrir el ciclo carbono-nitrógeno-oxígeno (ciclo CNO) : [58] [59]

Los dos artículos, uno sobre el ciclo protón-protón, en coautoría con Critchfield, y el otro sobre el ciclo carbono-oxígeno-nitrógeno (CNO), se enviaron a Physical Review para su publicación. [60]

Después de la Kristallnacht , la madre de Bethe tuvo miedo de permanecer en Alemania. Aprovechando su origen en Estrasburgo, pudo emigrar a los Estados Unidos en junio de 1939 con la cuota francesa, en lugar de la alemana, que estaba completa. [61] El estudiante de posgrado de Bethe, Robert Marshak, señaló que la Academia de Ciencias de Nueva York estaba ofreciendo un premio de 500 dólares al mejor artículo inédito sobre el tema de la energía solar y estelar. Entonces Bethe, que necesitaba 250 dólares para liberar los muebles de su madre, retiró el periódico del ciclo CNO y lo envió a la Academia de Ciencias de Nueva York. Ganó el premio y Bethe le dio a Marshak 50 dólares de honorarios y utilizó 250 dólares para liberar los muebles de su madre. El artículo se publicó posteriormente en Physical Review en marzo. Fue un gran avance en la comprensión de las estrellas y le valió a Bethe el Premio Nobel de Física en 1967. [62] [60] En 2002, a la edad de 96 años, Bethe envió una nota escrita a mano a John N. Bahcall felicitándolo por la uso de observaciones de neutrinos solares para demostrar que el ciclo CNO representa aproximadamente el 7% de la energía del Sol; Las observaciones de neutrinos habían comenzado con Raymond Davis Jr. , cuyo experimento se basó en los cálculos y el estímulo de Bahcall, y la nota llevó a Davis a recibir una parte del Premio Nobel de 2002. [63]

Bethe se casó con Rose Ewald, la hija de Paul Ewald , el 13 de septiembre de 1939, en una sencilla ceremonia civil. [64] Ella había emigrado a los Estados Unidos y era estudiante en la Universidad de Duke y se conocieron mientras Bethe daba una conferencia allí en 1937. Tuvieron dos hijos, Henry y Monica. [65] (Henry era un experto en puentes por contrato y ex marido de Kitty Munson Cooper ). [66]

Bethe se naturalizó en los Estados Unidos en marzo de 1941. [67] Escribiendo a Sommerfeld en 1947, Bethe le confió que "me siento mucho más a gusto en Estados Unidos que nunca en Alemania. Como si hubiera nacido en Alemania sólo por error, y sólo llegué a mi verdadera patria a los 28 años." [68]

Proyecto Manhattan

Insignia de identificación del laboratorio de Los Álamos de Bethe

Cuando comenzó la Segunda Guerra Mundial, Bethe quiso contribuir al esfuerzo bélico, [69] pero no pudo trabajar en proyectos clasificados hasta que se convirtió en ciudadano. Siguiendo el consejo del aerodinámico de Caltech Theodore von Kármán , Bethe colaboró ​​con su amigo Edward Teller en una teoría de las ondas de choque que se generan por el paso de un proyectil a través de un gas. [70] Bethe lo consideró uno de sus artículos más influyentes. [ cita necesaria ] También trabajó en una teoría de la penetración de armadura, que fue inmediatamente clasificada por el ejército, lo que hizo imposible que Bethe (que no era ciudadana estadounidense en ese momento) accediera a más investigaciones sobre la teoría. [70]

Después de recibir la autorización de seguridad en diciembre de 1941, Bethe se unió al Laboratorio de Radiación del MIT , donde inventó el acoplador direccional Bethe-hole , que se utiliza en guías de ondas de microondas como las que se utilizan en los radares . [71] En Chicago, en junio de 1942, y luego en julio en la Universidad de California, Berkeley , participó en una serie de reuniones por invitación de Robert Oppenheimer, en las que se discutieron los primeros diseños de la bomba atómica . Repasaron los cálculos preliminares de Robert Serber , Stan Frankel y otros, y discutieron las posibilidades de utilizar uranio-235 y plutonio . (Teller luego planteó la posibilidad de un dispositivo termonuclear, la "Superbomba" de Teller . En un momento, Teller preguntó si se podía prender fuego al nitrógeno de la atmósfera. Correspondió a Bethe y Emil Konopinski realizar los cálculos que demostraran la virtual imposibilidad de tal un hecho [72] ) "La bomba de fisión tenía que hacerse", recordó más tarde, "porque presumiblemente los alemanes lo estaban haciendo". [73]

Cuando Oppenheimer fue puesto a cargo de formar un laboratorio secreto de diseño de armas, Los Alamos , nombró a Bethe director de la División T (Teórica), la división más pequeña, pero más prestigiosa del laboratorio. Esta medida molestó a Teller y a Félix Bloch , igualmente cualificados pero más difíciles de gestionar , que habían codiciado el puesto. [74] [75] Una serie de desacuerdos entre Bethe y Teller entre febrero y junio de 1944 sobre la prioridad relativa de la súper investigación llevaron al grupo de Teller a ser retirado de la División T y colocado directamente bajo Oppenheimer. En septiembre pasó a formar parte de la nueva División F de Fermi. [76]

El trabajo de Bethe en Los Alamos incluyó el cálculo de la masa crítica y la eficiencia del uranio-235 y la multiplicación de la fisión nuclear en la explosión de una bomba atómica. Junto con Richard Feynman , desarrolló una fórmula para calcular el rendimiento explosivo de la bomba. [77] Después de agosto de 1944, cuando el laboratorio fue reorganizado y reorientado para resolver el problema de la implosión de la bomba de plutonio , Bethe pasó gran parte de su tiempo estudiando los aspectos hidrodinámicos de la implosión, un trabajo que continuó hasta 1944. [78] En 1945, trabajó en el iniciador de neutrones y, más tarde, en la propagación de la radiación procedente de la explosión de una bomba atómica. [79] La prueba nuclear Trinity validó la precisión de los resultados de la División T. [80] Cuando fue detonado en el desierto de Nuevo México el 16 de julio de 1945, la preocupación inmediata de Bethe fue su operación eficiente, y no sus implicaciones morales. Se dice que comentó: "No soy un filósofo". [81]

Bomba de hidrogeno

Después de la guerra, Bethe argumentó que no se debería intentar un proyecto de choque para la bomba de hidrógeno , [82] aunque después de que el presidente Harry Truman anunciara el inicio de tal proyecto y el estallido de la Guerra de Corea , Bethe se inscribió y jugó un papel clave. en el desarrollo del arma. Aunque llevó el proyecto hasta el final, Bethe esperaba que fuera imposible crear la bomba de hidrógeno. [83] Más tarde comentó en 1968 sobre la aparente contradicción en su postura, habiéndose opuesto primero al desarrollo del arma y luego ayudando a crearla:

Apenas unos meses antes había estallado la guerra de Corea y por primera vez vi un enfrentamiento directo con los comunistas . Fue demasiado perturbador. Parecía que la Guerra Fría estaba a punto de calentarse. Entonces supe que tenía que revertir mi posición anterior. Si yo no trabajaba en la bomba, alguien más lo haría, y yo había pensado que si estuviera en Los Álamos todavía podría ser una fuerza a favor del desarme. Así que acepté unirme al desarrollo de la bomba H. Parecía bastante lógico. Pero a veces desearía ser un idealista más coherente . [84]

En cuanto a su propio papel en el proyecto y su relación con la disputa sobre quién fue el responsable del diseño , Bethe dijo más tarde que:

Después de que se fabricó la bomba H, los periodistas comenzaron a llamar a Teller el padre de la bomba H. Por el bien de la historia, creo que es más preciso decir que Ulam es el padre, porque proporcionó la semilla, y Teller es la madre, porque permaneció con el niño. En cuanto a mí, supongo que soy la partera . [84]

En 1954, Bethe testificó en nombre de J. Robert Oppenheimer durante la audiencia de seguridad de Oppenheimer . Específicamente, Bethe argumentó que las posturas de Oppenheimer contra el desarrollo de la bomba de hidrógeno a finales de la década de 1940 no habían obstaculizado su desarrollo, un tema que se consideró un factor motivador clave detrás de la audiencia. Bethe sostuvo que los desarrollos que llevaron al exitoso diseño de Teller-Ulam fueron una cuestión de casualidad y no una cuestión de mano de obra o desarrollo lógico de ideas previamente existentes. Durante la audiencia, Bethe y su esposa también intentaron con todas sus fuerzas persuadir a Edward Teller para que no testificara. Sin embargo, Teller no estuvo de acuerdo y su testimonio jugó un papel importante en la revocación de la autorización de seguridad de Oppenheimer . Si bien Bethe y Teller habían estado en muy buenos términos durante los años anteriores a la guerra, el conflicto entre ellos durante el Proyecto Manhattan , y especialmente durante el episodio de Oppenheimer, estropeó permanentemente su relación. [85]

Trabajo posterior

turno de cordero

Hans Bethe dando una conferencia en la Universidad de Dalhousie , 1978

Después de que terminó la guerra, Bethe regresó a Cornell. En junio de 1947 participó en la Conferencia de Shelter Island . Patrocinada por la Academia Nacional de Ciencias y celebrada en el Ram's Head Inn en Shelter Island, Nueva York , la conferencia sobre los "Fundamentos de la Mecánica Cuántica" fue la primera conferencia importante de física celebrada después de la guerra. Fue una oportunidad para que los físicos estadounidenses se reunieran, continuaran donde lo habían dejado antes de la guerra y establecieran la dirección de la investigación de posguerra. [86] [87]

Un tema importante de conversación en la conferencia fue el descubrimiento por Willis Lamb y su estudiante de posgrado, Robert Retherford , poco antes de que comenzara la conferencia, de que uno de los dos posibles estados cuánticos de los átomos de hidrógeno tenía ligeramente más energía que la predicha por la teoría de Paul Dirac. ; esto se conoció como el cambio Lamb . Oppenheimer y Weisskopf sugirieron que esto era el resultado de fluctuaciones cuánticas del campo electromagnético, que daban más energía al electrón. Según la electrodinámica cuántica (QED) de antes de la guerra, la energía del electrón consistía en la energía desnuda que tenía cuando se desacoplaba de un campo electromagnético y la autoenergía resultante del acoplamiento electromagnético, pero ambas eran inobservables, ya que el campo electromagnético no se puede apagar. QED dio valores infinitos para las autoenergías; pero el cambio de Lamb demostró que eran reales y finitos. Hans Kramers propuso la renormalización como solución, pero nadie sabía cómo hacer el cálculo. [86] [88]

Bethe logró realizar el cálculo en el tren de Nueva York a Schenectady , donde trabajaba para General Electric . Lo hizo al darse cuenta de que se trataba de un proceso no relativista, lo que simplificó enormemente el cálculo. La energía desnuda se eliminó fácilmente porque ya estaba incluida en la masa observada del electrón. El término de energía propia ahora aumentó logarítmicamente en lugar de linealmente, haciéndolo matemáticamente convergente. Bethe llegó a un valor para el desplazamiento de Lamb de 1040 MHz, extremadamente cercano al obtenido experimentalmente por Lamb y Retherford. Su artículo, publicado en Physical Review en agosto de 1947, tenía sólo tres páginas y contenía sólo doce ecuaciones matemáticas, pero fue enormemente influyente. Se había supuesto que los infinitos indicaban que la QED era fundamentalmente defectuosa y que se requería una teoría nueva y radical; Bethe demostró que esto no era necesario. [88] [89]

Uno de los artículos más famosos de Bethe es uno que nunca escribió: el artículo Alpher-Bethe-Gamow de 1948 . [90] George Gamow añadió el nombre de Bethe (in absentia) sin consultarlo, sabiendo que a Bethe no le importaría, y en contra de los deseos de Ralph Alpher . Aparentemente, esto fue un reflejo del sentido del humor de Gamow, que quería tener un título de artículo que sonara como las tres primeras letras del alfabeto griego. Como uno de los revisores de Physical Review , Bethe vio el manuscrito y tachó las palabras "in absentia". [91]

Astrofísica

Bethe creía que el núcleo atómico era como una gota de líquido cuántico . Investigó el problema de la materia nuclear considerando el trabajo realizado por Keith Brueckner sobre la teoría de la perturbación . Trabajando con Jeffrey Goldstone , produjo una solución para el caso en el que había un potencial infinito. Luego, trabajando con Baird Brandow y Albert Petschek, ideó una aproximación que convertía la ecuación de dispersión en una ecuación diferencial fácilmente resuelta . Esto lo llevó luego a la ecuación de Bethe-Faddeev, una generalización del enfoque de Ludvig Faddeev sobre la dispersión de tres cuerpos. Luego utilizó estas técnicas para examinar las estrellas de neutrones , que tienen densidades similares a las de los núcleos. [92]

Bethe continuó investigando sobre supernovas , estrellas de neutrones, agujeros negros y otros problemas de astrofísica teórica hasta finales de los noventa. Para ello, colaboró ​​con Gerald E. Brown de la Universidad Stony Brook . En 1978, Brown propuso colaborar en el estudio de supernovas. Para entonces ya se entendían razonablemente bien, pero los cálculos seguían siendo un problema. Utilizando técnicas perfeccionadas tras décadas de trabajo con física nuclear y cierta experiencia con cálculos que involucran explosiones nucleares, Bethe abordó los problemas involucrados en el colapso gravitacional estelar y la forma en que varios factores afectaban una explosión de supernova. Una vez más, pudo reducir el problema a un conjunto de ecuaciones diferenciales y resolverlas. [93] [94]

A los 85 años, Bethe escribió un importante artículo sobre el problema de los neutrinos solares , en el que ayudó a establecer el mecanismo de conversión de neutrinos electrónicos en neutrinos muónicos propuesto por Stanislav Mikheyev , Alexei Smirnov y Lincoln Wolfenstein para explicar una desconcertante discrepancia entre teoría y experimento. Bethe argumentó que se necesitaba una física más allá del modelo estándar para comprender el problema de los neutrinos solares, porque presumía que los neutrinos no tienen masa y, por lo tanto, no pueden metamorfosearse entre sí; mientras que el efecto de los RSU exigía que esto ocurriera. Bethe esperaba que el Observatorio de Neutrinos de Sudbury (SNO) en Ontario encontrara pruebas que lo corroboraran cuando cumpliera 90 años, pero no recibió la llamada del SNO hasta junio de 2001, cuando tenía casi 95 años. [95] [96]

En 1996, Kip Thorne se acercó a Bethe y Brown sobre LIGO , el Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser diseñado para detectar ondas gravitacionales provenientes de la fusión de estrellas de neutrones y agujeros negros. Dado que Bethe y Brown eran buenos calculando cosas que no se podían ver, ¿podrían observar las fusiones? Bethe, de 90 años, rápidamente se entusiasmó y pronto comenzó a realizar los cálculos necesarios. El resultado fue un artículo de 1998 sobre la "Evolución de los objetos compactos binarios que se fusionan", que Brown consideró como el mejor que los dos produjeron juntos. [97] [98]

Posturas políticas

Bethe siendo entrevistada por periodistas.

En 1968, Bethe, junto con el físico de IBM Richard Garwin , publicó un artículo criticando en detalle el sistema de defensa anti- ICBM propuesto por el Departamento de Defensa . Los dos físicos describieron en el artículo que casi cualquier medida adoptada por Estados Unidos sería fácilmente frustrada con el despliegue de señuelos relativamente simples. [99] Bethe fue una de las principales voces de la comunidad científica detrás de la firma del Tratado de Prohibición Parcial de Ensayos Nucleares de 1963 que prohibía más ensayos atmosféricos de armas nucleares. [100]

Durante las décadas de 1980 y 1990, Bethe hizo campaña a favor del uso pacífico de la energía nuclear . Después del desastre de Chernóbil , Bethe formó parte de un comité de expertos que analizó el incidente. Concluyeron que el reactor adolecía de un diseño fundamentalmente defectuoso y también que el error humano había contribuido significativamente al accidente. "Mis colegas y yo establecimos", explicó, "que el desastre de Chernobyl nos habla de las deficiencias del sistema político y administrativo soviético más que de problemas con la energía nuclear". [101] A lo largo de su vida, Bethe siguió siendo un firme defensor de la electricidad a partir de energía nuclear, que describió en 1977 como "una necesidad, no simplemente una opción". [102]

En la década de 1980, él y otros físicos se opusieron al sistema de misiles de la Iniciativa de Defensa Estratégica concebido por la administración de Ronald Reagan . [103] En 1995, a la edad de 88 años, Bethe escribió una carta abierta llamando a todos los científicos a "cesar y desistir" de trabajar en cualquier aspecto del desarrollo y fabricación de armas nucleares. [104] En 2004, se unió a otros 47 premios Nobel para firmar una carta respaldando a John Kerry como presidente de los Estados Unidos como alguien que "restauraría la ciencia en el lugar que le corresponde en el gobierno". [105]

El historiador Gregg Herken escribió:

Cuando Oppenheimer murió, el viejo amigo de Oppie, Hans Bethe, asumió el papel de científico de la conciencia en este país. Al igual que Jefferson y Adams, Teller y Bethe vivirían hasta el nuevo siglo que ellos y sus colegas habían contribuido tanto a dar forma. [106]

Vida personal

Insignia de Rose Bethe Los Álamos

Los pasatiempos de Bethe incluían la pasión por coleccionar sellos. [107] Le encantaba el aire libre y fue un excursionista entusiasta toda su vida, explorando los Alpes y las Montañas Rocosas . [108] Murió en su casa en Ithaca, Nueva York , el 6 de marzo de 2005, de insuficiencia cardíaca congestiva. [73] Le sobrevivieron su esposa, Rose Ewald Bethe, y sus dos hijos. [109] En el momento de su muerte, era profesor emérito de Física John Wendell Anderson en la Universidad de Cornell . [110]

Honores y premios

Bethe recibió numerosos honores y premios durante su vida y después. Se convirtió en miembro de la Academia Estadounidense de Artes y Ciencias en 1947, [111] y ese año también recibió la Medalla Henry Draper de la Academia Nacional de Ciencias [112] y fue elegido miembro de la Sociedad Filosófica Estadounidense . [113] Fue galardonado con la Medalla Max Planck en 1955, la Medalla Franklin en 1959, la Medalla Eddington de la Royal Astronomical Society y el Premio Enrico Fermi de la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos en 1961, [114] el Premio Rumford en 1963, [115] el Premio Nobel de Física en 1967, [65] la Medalla Nacional de Ciencias en 1975, [116] la Medalla Oersted en 1993, [117] la Medalla Bruce en 2001, [118] y, póstumamente, en 2005, la Medalla Benjamin Franklin de Logro distinguido en ciencias de la Sociedad Filosófica Estadounidense . [119]

Bethe fue elegido miembro extranjero de la Royal Society (ForMemRS) en 1957 , [1] y en 1993 dio la Conferencia Bakerian en la Royal Society sobre el mecanismo de las supernovas. [120] En 1978 fue elegido miembro de la Academia Alemana de Ciencias Leopoldina . [121]

Cornell nombró a la tercera de cinco nuevas universidades residenciales , cada una de las cuales lleva el nombre de un ex miembro distinguido de la facultad de Cornell, como Hans Bethe House en su honor. [122] De manera similar lleva su nombre el Centro Hans Bethe, 322 Fourth Street NE, Washington, DC, sede del Consejo para un Mundo Habitable , donde Bethe fue miembro de la junta directiva durante mucho tiempo, [123] así como el Centro Bethe de Estudios Teóricos. Física en la Universidad de Bonn en Alemania. [124] Un asteroide , 30828 Bethe , que fue descubierto en 1990, recibió su nombre. [125] El Premio Hans Bethe de la Sociedad Estadounidense de Física también recibió su nombre. [126]

En la cultura popular

Bethe fue interpretada por Matthew Guinness en la miniserie de televisión Oppenheimer de 1980 y por Gustaf Skarsgård en la película Oppenheimer de 2023 . En la serie de ciencia ficción Cities in Flight de James Blish, un arma poderosa llamada "Bethe Blaster" lleva el nombre de Bethe.

Publicaciones Seleccionadas

Ver también

Notas

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Referencias

enlaces externos