Hans bethe

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físico nuclear alemán-americano

Hans Albrecht Bethe ()pronunciación alemana: [Suspira] ()escucha); 2 de julio de 1906 – 6 de marzo de 2005) fue un físico teórico alemán-estadounidense que hizo importantes contribuciones a la física nuclear, la astrofísica, la electrodinámica cuántica y la física de estado sólido, y que ganó el Premio Nobel de Física de 1967 por su trabajo sobre la teoría de la nucleosíntesis estelar. Para la mayor parte de su carrera, Bethe era profesor en la Universidad de Cornell.

Durante la Segunda Guerra Mundial, fue jefe de la División Teórica en el 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 la 'Fat Man'. arma lanzada sobre Nagasaki en agosto de 1945.

Después de la guerra, Bethe también desempeñó un papel importante en el desarrollo de la bomba de hidrógeno, aunque originalmente se unió al proyecto con la esperanza de demostrar que no se podía hacer. Bethe más tarde 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 Pruebas 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 convierte en uno de los pocos científicos que ha publicado al menos un artículo importante en su campo durante cada década de su carrera, que en Bethes's El caso abarcó casi setenta años. Freeman Dyson, una vez su estudiante de doctorado, lo llamó el "solucionador de problemas supremo del siglo XX".

Primeros años

Bethe nació en Estrasburgo, que en ese momento era parte del Reichsland Elsaß-Lothringen, Alemania, el 2 de julio de 1906, hija única de Anna (née Kuhn) y Albrecht Bethe, un privatdozent de fisiología en la Universidad de Estrasburgo. Aunque su madre, hija de un profesor de la Universidad de Estrasburgo, tenía antecedentes judíos, Bethe se crió como protestante, como su padre; y se convirtió en ateo más tarde en la vida.

Hans Bethe, de 12 años, con sus padres

Su padre aceptó un puesto como profesor y director del Instituto de Fisiología de la Universidad de Kiel en 1912 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. La familia se mudó nuevamente en 1915 cuando su padre se convirtió en director del nuevo Instituto de Fisiología de la Universidad de Frankfurt am Main.

Bethe asistió al Goethe-Gymnasium en Frankfurt, Alemania. Su educación se interrumpió en 1916, cuando contrajo tuberculosis y fue enviado a Bad Kreuznach para recuperarse. Para 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. Asistió nuevamente al Goethe-Gymnasium durante sus últimos tres años de educación secundaria, de 1922 a 1924.

Habiendo aprobado su abitur, Bethe ingresó a la Universidad de Frankfurt en 1924. Decidió especializarse en química. La instrucción en física era deficiente y, aunque había matemáticos distinguidos en Frankfurt como Carl Ludwig Siegel y Otto Szász, a Bethe no le gustaban sus enfoques, que presentaban las matemáticas sin referencia a las otras ciencias. Bethe descubrió que era un pobre experimentador 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. Gerlach se fue en 1925 y fue reemplazado por Karl Meissner, quien le 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.

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

Para su tesis doctoral, Sommerfeld sugirió que Bethe examinara la difracción de electrones en cristales. Como punto de partida, Sommerfeld sugirió el artículo de 1914 de Paul Ewald 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. Cuando conoció a Wolfgang Pauli por primera vez, Pauli le dijo: "Después de las historias de Sommerfeld sobre ti, esperaba mucho más de ti que tu tesis". "Supongo que de Pauli," Bethe recordó más tarde: "Eso fue un cumplido".

Trabajo temprano

Después de que Bethe recibiera su doctorado, Erwin Madelung le ofreció un puesto de asistente en Frankfurt y, en septiembre de 1928, Bethe se mudó con su padre, quien se había divorciado recientemente 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.

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 consideraba su mejor artículo, Zur Theorie des Durchgangs schneller Korpuskularstrahlen durch Materie ("La teoría del paso de los rayos corpusculares rápidos a través de la materia"). A partir de la interpretación de Max Born de la ecuación de Schrödinger, Bethe produjo una fórmula simplificada para problemas de colisión usando una transformada de Fourier, que se conoce hoy como la fórmula de Bethe. Presentó este documento para su habilitación en 1930.

Sommerfeld recomendó a Bethe para una beca de viaje de la Fundación Rockefeller en 1929. Esto proporcionó $150 al mes (alrededor de $2000 en dólares de 2022) para estudiar en el extranjero. En 1930, Bethe optó por realizar un trabajo posdoctoral en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge en Inglaterra, donde trabajó bajo la supervisión de Ralph Fowler. A pedido de Patrick Blackett, que estaba trabajando con cámaras de niebla, Bethe creó una versión relativista de la fórmula de Bethe.

Bethe era conocido por su sentido del humor, y con Guido Beck y Wolfgang Riezler [de], otros dos becarios de investigación posdoctorales, crearon un artículo engañoso Sobre la teoría cuántica de la temperatura del cero absoluto donde calculó la constante de estructura fina a partir de la temperatura del cero absoluto en unidades Celsius. El artículo se burlaba de cierta clase de artículos de 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 papel anterior. Se vieron obligados a emitir una disculpa.

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

La Fundación Rockefeller ofreció una extensión de la beca de Bethe, lo que le permitió regresar a Italia en 1932. Mientras tanto, Bethe trabajaba para Sommerfeld en Munich como privatdozent. Dado que Bethe hablaba inglés con fluidez, Sommerfeld hizo que Bethe supervisara a todos sus becarios posdoctorales de habla inglesa, incluido Lloyd P. Smith de la Universidad de Cornell. Bethe aceptó una solicitud 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 notaron que era inusual en la profundidad y amplitud de su tratamiento del tema que requirió muy poca actualización para la edición de 1959. Entonces, Sommerfeld le pidió a Bethe que lo ayudara con el artículo handbuch sobre electrones en metales. El artículo cubrió la base 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. Su trabajo en los artículos handbuch ocupó la mayor parte de su tiempo en Roma, pero también coescribió un artículo con Fermi sobre otro campo nuevo, la electrodinámica cuántica, que describe las interacciones relativistas de partículas cargadas.

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

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

En 1933, el departamento de física de Cornell buscaba un nuevo físico teórico y Lloyd Smith recomendó enfáticamente a Bethe. Esto fue apoyado por Bragg, quien estaba visitando Cornell en ese momento. En agosto de 1934, Cornell le ofreció a Bethe un puesto como profesor asistente interino. Bethe ya había aceptado una beca de un año para trabajar con Nevill Mott en la Universidad de Bristol durante un semestre, pero Cornell aceptó que comenzara en la primavera de 1935. Antes de partir hacia Estados Unidos, visitó el Instituto Niels Bohr en Copenhague en septiembre de 1934, donde le propuso matrimonio a Hilde Levi, quien aceptó. Al matrimonio se opuso la madre de Bethe, quien a pesar de tener antecedentes judíos, no quería que él se casara con una mujer judía. Unos días antes de la fecha de su boda en diciembre, Bethe rompió su compromiso. 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.

Estados Unidos

Bethe llegó a los Estados Unidos en febrero de 1935 y se unió al cuerpo docente de la Universidad de Cornell con un salario de $3000. El nombramiento de Bethe fue parte de un esfuerzo deliberado por parte del nuevo jefe de su departamento de física, Roswell Clifton Gibbs, para pasar a la física nuclear. Gibbs había contratado a Stanley Livingston, que había trabajado con Ernest Lawrence, para construir un ciclotrón en Cornell. Para completar el equipo, Cornell necesitaba un experimentador y, por 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 de 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 se movió para evitar que Bethe fuera cazada furtivamente al nombrarlo como profesor asistente regular en 1936, con la seguridad de que pronto seguiría el ascenso a profesor.

Junto con Bacher y Livingston, Bethe publicó una serie de tres artículos que resumían la mayor parte de lo que se sabía sobre el tema de la física nuclear hasta ese momento, relato que se conoció informalmente como 'Bethe's Biblia". Siguió siendo el trabajo estándar sobre el tema durante muchos años. En este relato, también continuó donde otros lo dejaron, llenando los vacíos en la literatura más antigua. 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. Le escribió a su madre:

Soy del teórico líder en América. Eso no significa lo mejor. Wigner es ciertamente mejor y Oppenheimer y Teller probablemente tan bueno. Pero hago más y hablo más y eso cuenta también.

Ilustración de la secuencia de reacción de cadena protón-protón
Resúmenes del ciclo CNO-I - el núcleo de helio se libera en el paso de arriba izquierda

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 incluyeron a Gregory Breit, Subrahmanyan Chandrasekhar, George Gamow, Donald Menzel, John von Neumann, Bengt Strömgren, Edward Teller y Merle Tuve. Bethe inicialmente declinó la invitación para asistir, porque el tema de la conferencia, la generación de energía estelar, no le interesaba, pero Teller lo persuadió 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:

p+p21D+e++.

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

21D+p32He+γ
32He+42He74Be+γ
74Be+e)73Li+.
73Li+p242He

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

126C+p137N+γ
137N136C+e++.
136C+p147N+γ
147N+p158O+γ
158O157N+e++.
157N+p126C+42He

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 la Physical Review para su publicación.

Después de Kristallnacht, la madre de Bethe tenía miedo de quedarse en Alemania. Aprovechando su origen de Estrasburgo, pudo emigrar a Estados Unidos en junio de 1939 con la cuota francesa, en lugar de la alemana, que estaba llena. 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. Así que Bethe, que necesitaba $250 para liberar los muebles de su madre, retiró el papel del ciclo CNO y lo envió a la Academia de Ciencias de Nueva York. Ganó el premio, y Bethe le dio a Marshak $50 como tarifa de búsqueda y usó $250 para liberar los muebles de su madre. Posteriormente, el artículo se publicó en Physical Review en marzo. Fue un gran avance en la comprensión de las estrellas, y Bethe ganaría el Premio Nobel de Física en 1967. En 2002, a los 96 años, Bethe envió una nota escrita a mano a John N. Bahcall felicitándolo por el uso de las observaciones de neutrinos solares para muestran 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.

Bethe se casó con Rose Ewald, la hija de Paul Ewald, el 13 de septiembre de 1939, en una sencilla ceremonia civil. 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. (Henry era un experto en puentes por contrato y ex esposo de Kitty Munson Cooper).

Bethe se convirtió en ciudadana naturalizada de los Estados Unidos en marzo de 1941. Escribiendo a Sommerfeld en 1947, Bethe confió que "Me siento mucho más en casa en Estados Unidos que en Alemania. Como si hubiera nacido en Alemania solo por error, y solo llegué a mi verdadera patria a los 28 años."

Proyecto Manhattan

La placa de identificación de laboratorio de Los Álamos

Cuando comenzó la Segunda Guerra Mundial, Bethe quería contribuir al esfuerzo bélico, 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. Bethe lo consideró uno de sus artículos más influyentes. También trabajó en una teoría de la penetración de armaduras, que fue clasificada de inmediato por el ejército, por lo que a Bethe (que no era ciudadana estadounidense en ese momento) le resultó imposible acceder a más investigaciones sobre la teoría.

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 usa en guías de ondas de microondas como las que se usan en equipos de radar. 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 usar uranio-235 y plutonio. (Teller luego planteó la posibilidad de un dispositivo termonuclear, la 'Super' bomba de Teller. En un momento, Teller preguntó si se podía encender el nitrógeno en la atmósfera. Les tocó a Bethe y Emil Konopinski realizar los cálculos que demuestran la virtual imposibilidad de tal ocurrencia.) "La bomba de fisión tenía que hacerse," más tarde recordó, "porque presumiblemente los alemanes lo estaban haciendo".

Cuando se puso a Oppenheimer a cargo de formar un laboratorio secreto de diseño de armas, Los Álamos, nombró a Bethe directora de la División T (Teórica), la división más pequeña pero más prestigiosa del laboratorio. Este movimiento irritó a Teller y Felix Bloch, igualmente calificados pero más difíciles de manejar, quienes habían codiciado el trabajo. Una serie de desacuerdos entre Bethe y Teller entre febrero y junio de 1944 sobre la prioridad relativa de la investigación Super llevó a que el grupo de Teller fuera retirado de la División T y colocado directamente bajo Oppenheimer. En septiembre pasó a formar parte de la nueva F Division de Fermi.

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 una bomba atómica en explosión. Junto con Richard Feynman, desarrolló una fórmula para calcular el rendimiento explosivo de la bomba. 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 dedicó gran parte de su tiempo a estudiar los aspectos hidrodinámicos de la implosión, trabajo que continuó hasta 1944. En 1945, trabajó en el iniciador de neutrones, y más tarde, en la propagación de la radiación de una bomba atómica que explota. La prueba nuclear Trinity validó la precisión de los resultados de la División T. Cuando fue detonado en el desierto de Nuevo México el 16 de julio de 1945, la preocupación inmediata de Bethe fue su funcionamiento eficiente y no sus implicaciones morales. Se informa que comentó: "No soy un filósofo".

Bomba de hidrógeno

Después de la guerra, Bethe argumentó que no se debería intentar un proyecto de choque para la bomba de hidrógeno, aunque después de que el presidente Harry Truman anunciara el comienzo de dicho proyecto y el estallido de la Guerra de Corea, Bethe se inscribió y desempeñó un papel clave. en el desarrollo del arma. Aunque vio el proyecto hasta el final, Bethe esperaba que fuera imposible crear la bomba de hidrógeno. Más tarde comentó en 1968 sobre la aparente contradicción en su postura, primero se opuso al desarrollo del arma y luego ayudó a crearla:

Pocos meses antes, la guerra coreana se había roto, y por primera vez vi confrontación directa con los comunistas. Fue muy inquietante. La guerra fría parecía como si estuviera a punto de ponerse caliente. Sabía que tenía que revertir mi posición anterior. Si no trabajara en la bomba, alguien más lo haría, y pensé que si estuviera cerca de Los Álamos podría seguir siendo una fuerza para el desarme. Así que accedí a unirme al desarrollo de la bomba H. Parecía bastante lógico. Pero a veces desearía ser un idealista más consistente.

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 la bomba H, los reporteros 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 él proporcionó la semilla, y Teller es la madre, porque él permaneció con el niño. En cuanto a mí, supongo que soy la partera.

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 fines 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 condujeron 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 se esforzaron por persuadir a Edward Teller de 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.

Trabajo posterior

Cambio de cordero

Hans Bethe en la Universidad 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 gran conferencia de física celebrada después de la guerra. Fue una oportunidad para que los físicos estadounidenses se unieran, continuaran donde lo habían dejado antes de la guerra y establecieran la dirección de la investigación de la posguerra.

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

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 era un proceso no relativista, lo que simplificó enormemente el cálculo. La energía desnuda se eliminó fácilmente ya que 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 cambio de Lamb de 1040 MHz, muy cercano al obtenido experimentalmente por Lamb y Retherford. Su artículo, publicado en Physical Review en agosto de 1947, tenía solo tres páginas y contenía solo doce ecuaciones matemáticas, pero fue enormemente influyente. Se suponía que los infinitos indicaban que la QED tenía fallas fundamentales y que se requería una teoría nueva y radical; Bethe demostró que esto no era necesario.

Uno de los artículos más famosos de Bethe es uno que nunca escribió: el artículo Alpher-Bethe-Gamow de 1948. George Gamow agregó el nombre de Bethe (en ausencia) 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".

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 perturbaciones. Trabajando con Jeffrey Goldstone, produjo una solución para el caso en el que había un potencial infinito de núcleo duro. Luego, trabajando con Baird Brandow y Albert Petschek, se le ocurrió una aproximación que convirtió la ecuación de dispersión en una ecuación diferencial de fácil solución. Esto lo llevó luego a la ecuación de Bethe-Faddeev, una generalización del enfoque de Ludvig Faddeev para la dispersión de tres cuerpos. Luego usó estas técnicas para examinar las estrellas de neutrones, que tienen densidades similares a las de los núcleos.

Bethe siguió investigando sobre supernovas, estrellas de neutrones, agujeros negros y otros problemas de astrofísica teórica hasta finales de los noventa. Al hacer esto, colaboró con Gerald E. Brown de la Universidad de Stony Brook. En 1978, Brown propuso que colaboraran en supernovas. Estos se entendían razonablemente bien en ese momento, pero los cálculos seguían siendo un problema. Usando técnicas perfeccionadas a partir de décadas de trabajo con física nuclear y cierta experiencia con cálculos relacionados con explosiones nucleares, Bethe abordó los problemas relacionados con el colapso gravitatorio estelar y la forma en que varios factores afectan una explosión de supernova. Una vez más, pudo reducir el problema a un conjunto de ecuaciones diferenciales y resolverlas.

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 la teoría y experimentar Bethe argumentó que se requería física más allá del modelo estándar para comprender el problema de los neutrinos solares, porque suponía que los neutrinos no tienen masa y, por lo tanto, no pueden metamorfosearse entre sí; mientras que el efecto MSW requería que esto ocurriera. Bethe esperaba que el Observatorio de Neutrinos de Sudbury (SNO) en Ontario encontraría evidencia corroborante para su 90 cumpleaños, pero no recibió la llamada de SNO hasta junio de 2001, cuando tenía casi 95 años.

En 1996, Kip Thorne se acercó a Bethe y Brown acerca de LIGO, el observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser diseñado para detectar las ondas gravitacionales de las estrellas de neutrones y los agujeros negros que se fusionan. Dado que Bethe y Brown eran buenos para calcular cosas que no se podían ver, ¿podrían mirar las fusiones? Bethe, de 90 años, se entusiasmó rápidamente y pronto comenzó 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.

Posturas políticas

Bethe being interviewed by journalists

En 1968, Bethe, junto con el físico de IBM Richard Garwin, publicaron un artículo en el que criticaban 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 tomada por los Estados Unidos se frustraría fácilmente con el despliegue de señuelos relativamente simples. Bethe fue una de las principales voces en la comunidad científica detrás de la firma del Tratado de Prohibición Parcial de Pruebas de 1963 que prohibía más pruebas atmosféricas de armas nucleares.

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. Llegaron a la conclusión de 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 los problemas con la energía nuclear'. A lo largo de su vida, Bethe siguió siendo un firme defensor de la electricidad a partir de la energía nuclear, que describió en 1977 como "una necesidad, no simplemente una opción".

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. 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. En 2004, se unió a otros 47 premios Nobel para firmar una carta en la que apoyaba a John Kerry como presidente de los Estados Unidos como alguien que "restablecería la ciencia en el lugar que le corresponde en el gobierno".

El historiador Gregg Herken escribió:

Cuando murió Oppenheimer, el amigo de Oppie, Hans Bethe, asumió el manto del científico de conciencia en este país. Como Jefferson y Adams, Teller y Bethe vivirían en el nuevo siglo que ellos y sus colegas habían hecho tanto para dar forma.

Vida privada

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

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, y ese año también recibió la Medalla Henry Draper de la Academia Nacional de Ciencias y fue elegido miembro de la Sociedad Filosófica Estadounidense. Recibió 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, el Premio Rumford en 1963, el Premio Nobel de Física en 1967, el Medalla Nacional de Ciencias en 1975, Medalla Oersted en 1993, Medalla Bruce en 2001 y, póstumamente en 2005, la Medalla Benjamin Franklin por Logros Distinguidos en las Ciencias de la Sociedad Filosófica Estadounidense.

Bethe fue elegido Miembro Extranjero de la Royal Society (ForMemRS) en 1957, y en 1993 dio la conferencia Bakerian en la Royal Society sobre el mecanismo de las supernovas. En 1978 fue elegido Miembro de la Academia Alemana de Ciencias Leopoldina.

Cornell nombró a la tercera de cinco nuevas universidades residenciales, cada una de las cuales lleva el nombre de un distinguido ex miembro de la facultad de Cornell, como Hans Bethe House en su honor. Del mismo modo lleva su nombre el Centro Hans Bethe, 322 Fourth Street NE, Washington, D.C., sede del Consejo para un Mundo Habitable, donde Bethe fue miembro de la junta durante mucho tiempo, así como el Centro Bethe de Física Teórica de la Universidad de Bonn en Alemania. Un asteroide, 30828 Bethe, que fue descubierto en 1990 lleva su nombre. El premio Hans Bethe de la Sociedad Estadounidense de Física también recibió su nombre.

Publicaciones seleccionadas

  • Bethe, H. A. "Teoría de Rectificación de Alta Frecuencia por Silicon Crystals", Massachusetts Institute of Technology (MIT) Radiation Laboratory, United States Department of Energy (a través de la agencia predecesora de la Comisión de Energía Atómica), (29 de octubre de 1942).
  • Bethe, H. A. "Estimación Teórica de Máxima Explosión Nuclear", Knolls Atomic Power Laboratory-Schenectady, N.Y., Departamento de Energía de los Estados Unidos (a través del organismo predecesor, la Comisión de Energía Atómica), (31 de enero de 1950).
  • Bethe, H. A.; Rajaraman, R. "Problema de tres cuerpos en materia nuclear", Universidad del Sur de California-Los Ángeles, Departamento de Energía de los Estados Unidos (a través de la agencia predecesora de la Comisión de Energía Atómica), (1967).
  • Bethe, H. A. "Nota on Inverse Bremsstrahlung in a Strong Electromagnetic Field", Laboratorio Nacional Los Álamos (LANL), Departamento de Energía de los Estados Unidos (a través de la agencia predecesora de la Comisión de Energía Atómica), (septiembre de 1972).
  • Bethe, H. A. "Pauli Principle and Pion Scattering", Laboratorio Nacional Los Álamos (LANL), Departamento de Energía de los Estados Unidos (a través de la agencia predecesora de la Comisión de Energía Atómica), (octubre de 1972).
  • Bethe, H. A. "Fusion Hybrid Reactor", Sandia National Laboratories, United States Department of Energy, (Agosto 1981).

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