Walther Bothe

Walther Wilhelm Georg Bothe ()pronunciación alemana: [en español] ()escucha); 8 de enero de 1891 – 8 de febrero de 1957) fue un físico nuclear alemán, que compartió el Premio Nobel de Física en 1954 con Max Born.

En 1913, se unió al recién creado Laboratorio de Radioactividad en el Instituto Técnico y Físico del Reich (PTR), donde permaneció hasta 1930, los últimos años como director del laboratorio. Sirvió en el ejército durante la Primera Guerra Mundial desde 1914, y fue prisionero de guerra de los rusos, regresando a Alemania en 1920. A su regreso al laboratorio, desarrolló y aplicó métodos de coincidencia al estudio de reacciones nucleares, el El efecto Compton, los rayos cósmicos y la dualidad onda-partícula de la radiación, por lo que recibiría el Premio Nobel de Física en 1954.

En 1930 se convirtió en profesor titular y director del departamento de física de la Universidad de Giessen. En 1932, se convirtió en director del Instituto de Física y Radiología de la Universidad de Heidelberg. Fue expulsado de este cargo por elementos del movimiento deutsche Physik. Para evitar su emigración de Alemania, fue nombrado director del Instituto de Física del Instituto Kaiser Wilhelm de Investigaciones Médicas (KWIMF) en Heidelberg. Allí construyó el primer ciclotrón operativo en Alemania. Además, se convirtió en director del proyecto de energía nuclear alemán, también conocido como Uranverein (Club del Uranio), que se inició en 1939 bajo la supervisión de la Oficina de Artillería del Ejército.

En 1946, además de su dirección del Instituto de Física de la KWImf, fue reintegrado como profesor en la Universidad de Heidelberg. De 1956 a 1957 fue miembro del Grupo de Trabajo de Física Nuclear en Alemania.

Un año después de la muerte de Bothe, su Instituto de Física en el KWImF fue elevado al estatus de nuevo instituto bajo la Sociedad Max Planck y luego se convirtió en el Instituto Max Planck de Física Nuclear. Su edificio principal pasó a denominarse posteriormente laboratorio Bothe.

Educación

Bothe nació de Friedrich Bothe y Charlotte Hartung. De 1908 a 1912, Bothe estudió en la Friedrich-Wilhelms-Universität (hoy, la Humboldt-Universität zu Berlin). En 1913 fue profesor asistente de Max Planck. Obtuvo su doctorado en 1914, bajo la dirección de Planck.

Carrera

Primeros años

En 1913, Bothe se unió al Physikalisch-Technische Reichsanstalt (PTR, Instituto Técnico y Físico del Reich; hoy Physikalisch-Technische Bundesanstalt), donde permaneció hasta 1930. Hans Geiger había sido nombrado director del nuevo Laboratorio de Radiactividad allí en 1912. En el PTR, Bothe fue asistente de Geiger de 1913 a 1920, miembro científico del personal de Geiger de 1920 a 1927, y de 1927 a 1930 sucedió a Geiger como director. del Laboratorio de Radiactividad.

En mayo de 1914, Bothe se ofreció como voluntario para servir en la caballería alemana. Los rusos lo hicieron prisionero y lo encarcelaron en Rusia durante cinco años. Mientras estuvo allí, aprendió el idioma ruso y trabajó en problemas de física teórica relacionados con sus estudios de doctorado. Regresó a Alemania en 1920 con una novia rusa.

A su regreso de Rusia, Bothe continuó su empleo en el PTR bajo la dirección de Hans Geiger en el Laboratorio de Radiactividad allí. En 1924, Bothe publicó sobre su método de coincidencia. Luego y en los años siguientes, aplicó este método al estudio experimental de las reacciones nucleares, el efecto Compton y la dualidad onda-partícula de la luz. El método de coincidencia de Bothe y sus aplicaciones le valieron el Premio Nobel de Física en 1954.

En 1925, mientras aún estaba en el PTR, Bothe se convirtió en Privatdozent en la Universidad de Berlín, lo que significa que había completado su habilitación, y, en 1929, se convirtió en ausserordentlicher. Profesor allí.

En 1927, Bothe inició el estudio de la transmutación de elementos ligeros mediante el bombardeo con partículas alfa. A partir de una investigación conjunta con H. Fränz y Heinz Pose en 1928, Bothe y Fränz correlacionaron los productos de reacción de las interacciones nucleares con los niveles de energía nuclear.

En 1929, en colaboración con Werner Kolhörster y Bruno Rossi, que estaban invitados en el laboratorio de Bothe en el PTR, Bothe comenzó el estudio de los rayos cósmicos. Bothe llevaría a cabo el estudio de la radiación cósmica durante el resto de su vida.

En 1930, se convirtió en ordentlicher Professor y director del departamento de física de la Justus Liebig-Universität Gießen. Ese año, Bothe y su colaborador Herbert Becker bombardearon berilio, boro y litio con partículas alfa de polonio y observaron una nueva forma de radiación penetrante. En 1932, James Chadwick identificó esta radiación como el neutrón.

Heidelberg

En 1932, Bothe había sucedido a Philipp Lenard como director del Physikalische und Radiologische Institut (Instituto de Física y Radiología) de la Universidad de Heidelberg. Fue entonces cuando Rudolf Fleischmann se convirtió en profesor asistente de Bothe. Cuando Adolf Hitler se convirtió en Canciller de Alemania el 30 de enero de 1933, el concepto de Deutsche Physik adquirió más favor y fervor; era antisemita y contra la física teórica, especialmente contra la física moderna, incluida la mecánica cuántica y la física atómica y nuclear. Tal como se aplicaron en el entorno universitario, los factores políticos tuvieron prioridad sobre el concepto históricamente aplicado de capacidad académica, a pesar de que sus dos defensores más destacados fueron los premios Nobel de Física Philipp Lenard y Johannes Stark. Los partidarios de Deutsche Physik lanzaron feroces ataques contra destacados físicos teóricos. Si bien Lenard estaba jubilado de la Universidad de Heidelberg, todavía tenía una influencia significativa allí. En 1934, Lenard logró que Bothe fuera relevado de su dirección del Instituto de Física y Radiología de la Universidad de Heidelberg, tras lo cual Bothe pudo convertirse en Director del Institut für Physik (Instituto de Física). del Kaiser-Wilhelm Institut für medizinische Forschung (KWIMF, Instituto Kaiser Wilhelm para la Investigación Médica; hoy Max-Planck Institut für medizinische Forschung), en Heidelberg, en sustitución de Karl W. Hauser, que recientemente había fallecido. Ludolf von Krehl, director de la KWIMF, y Max Planck, presidente de la Kaiser-Wilhelm Gesellschaft (KWG, Sociedad Kaiser Wilhelm, hoy Sociedad Max Planck), habían ofrecido la dirección a Bothe para evitar la posibilidad de su emigración. Bothe ocupó la dirección del Instituto de Física de la KWImF hasta su muerte en 1957. Mientras estuvo en la KWImF, Bothe ocupó una cátedra honoraria en la Universidad de Heidelberg, que ocupó hasta 1946. Fleischmann fue con Bothe y trabajó con él allí hasta 1941. Para su personal, Bothe reclutó a científicos como Wolfgang Gentner (1936-1945), Heinz Maier-Leibnitz (1936 - ?), que había realizado su doctorado con el premio Nobel James Franck y fue altamente recomendado por Robert Pohl y Georg Joos. y Arnold Flammersfeld (1939-1941). En su equipo también estaban Peter Jensen y Erwin Fünfer.

En 1938, Bothe y Gentner publicaron sobre la dependencia energética del fotoefecto nuclear. Esta fue la primera evidencia clara de que los espectros de absorción nuclear son acumulativos y continuos, un efecto conocido como resonancia nuclear gigante dipolar. Esto fue explicado teóricamente una década después por los físicos J. Hans D. Jensen, Helmut Steinwedel, Peter Jensen, Michael Goldhaber y Edward Teller.

También en 1938, Maier-Leibniz construyó una cámara de niebla Wilson. Bothe, Gentner y Maier-Leibniz utilizaron imágenes de la cámara de niebla para publicar, en 1940, el Atlas de imágenes típicas de la cámara de niebla, que se convirtió en una referencia estándar para identificar partículas dispersas.

Primer ciclotrón alemán

A finales de 1937, los rápidos éxitos que Bothe y Gentner tuvieron con la construcción y los usos de investigación de un generador Van de Graaff los llevaron a considerar la construcción de un ciclotrón. En noviembre ya se había enviado un informe al presidente de la Kaiser-Wilhelm Gesellschaft (KWG, Sociedad Kaiser Wilhelm; hoy Sociedad Max Planck), y Bothe empezó a conseguir fondos de la Helmholtz-Gesellschaft (Sociedad Helmholtz; hoy Asociación Helmholtz de Centros de Investigación Alemanes), el Badischen Kultusministerium (Ministerio de Cultura de Baden), I.G. Farben, el KWG y otras agencias orientadas a la investigación. Las promesas iniciales llevaron a encargar un imán a Siemens en septiembre de 1938, pero luego la financiación adicional se volvió problemática. En aquella época, Gentner continuó sus investigaciones sobre el fotoefecto nuclear, con la ayuda del generador Van de Graaff, que había sido mejorado para producir energías de poco menos de 1 MeV. Cuando completó su línea de investigación con las reacciones ⁷Li (p, gamma) y ¹¹B (p, gamma), y sobre el isómero nuclear ⁸⁰ El hermano Gentner dedicó todos sus esfuerzos a la construcción del ciclotrón planeado.

Para facilitar la construcción del ciclotrón, a finales de 1938 y principios de 1939, con la ayuda de una beca de la Helmholtz-Gesellschaft, Gentner fue enviado al Laboratorio de Radiación de la Universidad de California. (hoy, el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley) en Berkeley, California. Como resultado de la visita, Gentner formó una relación de cooperación con Emilio G. Segrè y Donald Cooksey.

Después del armisticio entre Francia y Alemania en el verano de 1940, Bothe y Gentner recibieron órdenes de inspeccionar el ciclotrón que Frédéric Joliot-Curie había construido en París. Si bien se había construido, aún no estaba operativo. En septiembre de 1940, Gentner recibió órdenes de formar un grupo para poner en funcionamiento el ciclotrón. En este esfuerzo participó Hermann Dänzer de la Universidad de Frankfurt. Mientras estaba en París, Gentner pudo liberar tanto a Frédéric Joliot-Curie como a Paul Langevin, que habían sido arrestados y detenidos. A finales del invierno de 1941/1942, el ciclotrón estaba operativo con un haz de deuterones de 7 MeV. Con el haz se irradiaron uranio y torio y los subproductos se enviaron a Otto Hahn en el Kaiser-Wilhelm Institut für Chemie (KWIC, Instituto Kaiser Wilhelm de Química, hoy Instituto Max Planck de Química)., en Berlín. A mediados de 1942, el sucesor de Gentner en París fue Wolfgang Riezler [de] de Bonn.

Fue durante 1941 que Bothe adquirió todos los fondos necesarios para completar la construcción del ciclotrón. El imán fue entregado en marzo de 1943 y el primer rayo de deuterón se emitió en diciembre. La ceremonia de inauguración del ciclotrón se celebró el 2 de junio de 1944. Si bien se habían construido otros ciclotrones, el de Bothe fue el primer ciclotrón operativo en Alemania.

Club del Uranio

El proyecto de energía nuclear alemán, también conocido como Uranverein (Club del Uranio), comenzó en la primavera de 1939 bajo los auspicios del Reichsforschungsrat (RFR, Reich Research Consejo) del Reichserziehungsministerium (REM, Ministerio de Educación del Reich). El 1 de septiembre, el Heereswaffenamt (HWA, Oficina de Artillería del Ejército) expulsó a la RFR y se hizo cargo del esfuerzo. Bajo el control de la HWA, el Uranverein celebró su primera reunión el 16 de septiembre. La reunión fue organizada por Kurt Diebner, asesor de HWA, y se celebró en Berlín. Entre los invitados se encontraban Walther Bothe, Siegfried Flügge, Hans Geiger, Otto Hahn, Paul Harteck, Gerhard Hoffmann, Josef Mattauch y Georg Stetter. Poco después se celebró una segunda reunión en la que participaron Klaus Clusius, Robert Döpel, Werner Heisenberg y Carl Friedrich von Weizsäcker. Con Bothe como uno de los directores, Wolfgang Gentner, Arnold Flammersfeld, Rudolf Fleischmann, Erwin Fünfer y Peter Jensen pronto se incorporaron al Uranverein. Su investigación fue publicada en el Kernphysikalische Forschungsberichte (Informes de investigación en física nuclear); consulte a continuación la sección Informes internos.

Para el Uranverein, Bothe y hasta 6 miembros de su personal en 1942, trabajaron en la determinación experimental de constantes atómicas, la distribución de energía de fragmentos de fisión y secciones transversales nucleares. Los resultados experimentales erróneos de Bothe sobre la absorción de neutrones en el grafito fueron fundamentales en la decisión alemana de favorecer el agua pesada como moderador de neutrones. Su valor era demasiado alto; una conjetura es que esto se debía al aire entre las piezas de grafito y el nitrógeno tenía una alta absorción de neutrones. Sin embargo, la configuración experimental involucró una esfera de electrografito Siemens sumergida en agua, sin aire. El error en la sección transversal de neutrones rápidos se debió a impurezas en el producto de Siemens: "incluso el electrografito de Siemens contenía bario y cadmio, ambos voraces absorbentes de neutrones". En cualquier caso, había tan poco personal o grupos que no podían repetir los experimentos para comprobar los resultados, aunque de hecho un grupo separado en Gottingen, dirigido por Wilhelm Hanle, determinó la causa del error de Bothe: " Las propias mediciones de Hanle mostrarían que el carbono, preparado adecuadamente, de hecho funcionaría perfectamente bien como moderador, pero a un coste de producción en cantidades industriales considerado prohibitivo por la artillería del ejército [alemán].

A finales de 1941 era evidente que el proyecto de energía nuclear no haría una contribución decisiva para poner fin al esfuerzo bélico en el corto plazo. El control del Uranverein por parte de HWA fue cedido a la RFR en julio de 1942. A partir de entonces, el proyecto de energía nuclear mantuvo su designación kriegswichtig (importante para la guerra) y la financiación continuó por parte del ejército. Sin embargo, el proyecto nuclear alemán se dividió posteriormente en las siguientes áreas principales: producción de uranio y agua pesada, separación de isótopos de uranio y la Uranmaschine (máquina de uranio, es decir, reactor nuclear). Además, el proyecto se dividió esencialmente entre nueve institutos, donde los directores dominaban la investigación y establecían sus propias agendas de investigación. El Institut für Physik de Bothe fue uno de los nueve institutos. Los otros ocho institutos o instalaciones eran: el Instituto de Química Física de la Universidad Ludwig Maximilian de Munich, el HWA Versuchsstelle (centro de pruebas) en Gottow, el Kaiser-Wilhelm-Institut für Chemie, el Departamento de Química Física de la Universidad de Hamburgo, el Kaiser-Wilhelm-Institut für Physik, el Segundo Instituto de Física Experimental de la Universidad Georg-August de Göttingen, la Auergesellschaft y el II. Physikalisches Institut de la Universidad de Viena.

Post–WWII

De 1946 a 1957, además de su puesto en la KWIMF, Bothe fue ordentlicher Professor en la Universidad de Heidelberg.

Al final de la Segunda Guerra Mundial, los aliados se habían apoderado del ciclotrón en Heidelberg. En 1949, su control volvió a Bothe.

Durante 1956 y 1957, Bothe fue miembro del Arbeitskreis Kernphysik (Grupo de Trabajo de Física Nuclear) de la Fachkommission II "Forschung und Nachwuchs" (Comisión II "Investigación y Crecimiento") de la Deutschen Atomkommission (DAtK, Comisión Alemana de Energía Atómica). Otros miembros del Grupo de Trabajo de Física Nuclear tanto en 1956 como en 1957 fueron: Werner Heisenberg (presidente), Hans Kopfermann (vicepresidente), Fritz Bopp, Wolfgang Gentner, Otto Haxel, Willibald Jentschke, Heinz Maier-Leibnitz, Josef Mattauch, Wolfgang Riezler [de], Wilhelm Walcher y Carl Friedrich von Weizsäcker. Wolfgang Paul también fue miembro del grupo durante 1957.

A finales de 1957, Gentner estaba en negociaciones con Otto Hahn, presidente de la Max-Planck Gesellschaft (MPG, Sociedad Max Planck, sucesora de la Kaiser-Wilhelm Gesellschaft i>), y con el Senado del MPG para establecer un nuevo instituto bajo sus auspicios. Básicamente, el Institut für Physik de Walther Bothe en el Max-Planck Institut für medizinische Forschung, en Heidelberg, se escindiría para convertirse en un instituto de ciencias de pleno derecho. el mpg. La decisión de proceder se tomó en mayo de 1958. Gentner fue nombrado director del Max-Planck Institut für Kernphysik (MPIK, Instituto Max Planck de Física Nuclear) el 1 de octubre, y también recibió el puesto como ordentlicher Professor en la Universidad de Heidelberg. Bothe no vivió para ver el establecimiento definitivo del MPIK, ya que murió en febrero de ese año.

Bothe era un patriota alemán que no daba excusas por su trabajo con el Uranverein. Sin embargo, la impaciencia de Bothe con las políticas nacionalsocialistas en Alemania lo puso bajo sospecha y fue investigado por la Gestapo.

Personales

Como resultado de su encarcelamiento en Rusia durante la Primera Guerra Mundial como prisionero de guerra, conoció a Barbara Below, con quien se casó en 1920. Tuvieron dos hijos. Ella le precedió en la muerte algunos años.

Bothe era un pintor y músico consumado; tocaba el piano.

Honores

Bothe recibió varios honores:

• Miembro de la Academia de Ciencias de Göttingen
• Miembro de la Academia de Ciencias de Heidelberg
• Miembro corresponsal de la Academia de Ciencias Saxon, Leipzig
• Gran Cruz de la Orden de Servicios Federales
• 1952 – Caballero de la Orden del Mérito para las Ciencias y las Artes
• 1953 – Max-Planck-Medaille de la Deutsche Physikalische Gesellschaft
• 1954 – Premio Nobel de Física "por el método de coincidencia y sus descubrimientos hechos con él". Bothe recibió la mitad del premio; la otra mitad fue otorgada a Max Born.
• 19178 Walterbothe, asteroide llamado por él.

Obras

Informes internos

Los siguientes informes fueron publicados en Kernphysikalische Forschungsberichte (Informes de investigación en física nuclear), una publicación interna del Uranverein alemán. Los informes estaban clasificados como Alto Secreto, tenían una distribución muy limitada y a los autores no se les permitía conservar copias. Los informes fueron confiscados durante la Operación Aliada Alsos y enviados a la Comisión de Energía Atómica de los Estados Unidos para su evaluación. En 1971, los informes fueron desclasificados y devueltos a Alemania. Los informes están disponibles en el Centro de Investigación Nuclear de Karlsruhe y en el Instituto Americano de Física.

• Walther Bothe Die Diffusionsläge für thermische Neutronen en Kohle G12 (7 de junio de 1940)
• Walther Bothe Die Abmessungen endlicher Uranmaschinen G-13 (28 de junio de 1940)
• Walther Bothe Die Abmessungen von Maschinen mit rücksteuendem Mantel G-14 (17 de julio de 1941)
• Walther Bothe y Wolfgang Gentner Die Energie der Spaltungsneutronen aus Uran G-17 (9 de mayo de 1940)
• Walther Bothe Einige Eigenschaften des U und der Bremsstoffe. Zusammenfasender Bericht über die Arbeiten G-66 (28 de marzo de 1941)
• Walther Bothe y Arnold Flammersfeld Die Wirkungsquerschnitte von 38 für thermische Neutronen aus Diffusionsmesungen G-67 (20 de enero de 1941)
• Walther Bothe y Arnold Flammersfeld Resonanzeinfang un einer Uranoberfläche G-68 (8 de marzo de 1940)
• Walther Bothe y Arnold Flammersfeld Messungen an einem Gemisch von 38-Oxyd und –Wasser; der Vermehrungsfakto K unde der Resonanzeinfang w. G-69 (26 de mayo de 1941)
• Walther Bothe y Arnold Flammersfeld Die Neutronenvermehrung bei schnellen und langsamen Neutronen en 38 und die Diffusionslänge en 38 Metall und Wasser G-70 (11 de julio de 1941)
• Walther Bothe y Peter Jensen Die Absorption thermischer Neutronen en Elektrographit G-71 (20 de enero de 1941)
• Walther Bothe y Peter Jensen Resonanzeinfang un einer Uranoberfläche G-72 (12 de mayo de 1941)
• Walther Bothe y Arnold Flammersfeld Versuche mit einer Schichtenanordnung von Wasser und Präp 38 G-74 (28 de abril de 1941)
• Walther Bothe y Erwin Fünfer Absorción thermischer Neutronen und die Vermehrung schneller Neutronen en Beryllium G-81 (10 de octubre de 1941)
• Walther Bothe Maschinen mit Ausnutzung der Spaltung durch schnelle Neutronen G-128 (7 de diciembre de 1941)
• Walther Bothe Über Stahlenschutzwäne G-204 (29 de junio de 1943)
• Walther Bothe Die Forschungsmittel der Kernphysik G-205 (5 de mayo de 1943)
• Walther Bothe y Erwin Fünfer Schichtenversuche mit Variation der U- und D₂O-Dicken G-206 (6 de diciembre de 1943)
• Fritz Bopp, Walther Bothe, Erich Fischer, Erwin Fünfer, Werner Heisenberg, O. Ritter, y Karl Wirtz Bericht über einen Versuch mit 1.5 a D₂O und U und 40 cm Kohlerückstreumantel (B7) G-300 (3 de enero de 1945)

Literatura seleccionada

• Walther Bothe y Hans Geiger Ein Weg zur experimentellen Nachprüfung der Theorie von Bohr, Kramers und Slater, Z. Phys. Volumen 26, Número 1, 44 (1924)
• Walther Bothe Theoretische Betrachtungen über den Photoeffekt, Z. Phys. Volumen 26, Número 1, 74–84 (1924)
• Walther Bothe y Hans Geiger Experimentelles zur Theorie von Bohr, Kramers und Slater, Die Naturwissenschaften Volumen 13, 440–441 (1925)
• Walther Bothe y Hans Geiger Über das Wesen des Comptoneffekts: ein experimenteller Beitrag zur Theories der Strahlung, Z. Phys. Volumen 32, Número 9, 639–663 (1925)
• W. Bothe and W. Gentner Herstellung neuer Isotope durch Kernphotoeffekt, Die Naturwissenschaften Volumen 25, Número 8, 126-126 (1937). Recibido 9 de febrero de 1937. Afiliación institucional: Institut für Physik en el Kaiser-Wilhelm Institut für medizinische Forschung.
• Walther Bothe El método de Coincidencia, El Premio Nobel de Física 1954, Nobelprize.org (1954)

Libros

• Walther Bothe Der Physiker und sein Werkzeug (Gruyter, 1944)
• Walther Bothe y Siegfried Flügge Kernphysik und kosmische Strahlen. T. 1 (Dieterich, 1948)
• Walther Bothe Der Streufehler bei der Ausmessung von Nebelkammerbahnen im Magnetfeld (Springer, 1948)
• Walther Bothe y Siegfried Flügge (editors) Física Nuclear y Rayos Cósmicos FIAT Review of German Science 1939-1945, Volumes 13 y 14 (Klemm, 1948)
• Walther Bothe Theorie des Doppellinsen-b-Spektrometers (Springer, 1950)
• Walther Bothe Die Streuung von Elektronen en schrägen Folien (Springer, 1952)
• Walther Bothe y Siegfried Flügge Kernphysik und kosmische Strahlen. T. 2 (Dieterich, 1953)
• Karl H. Bauer y Walther Bothe Vom Atom zum Weltsystem (Kröner, 1954)