Ханс Бете: Ядролық физик және қарусыздану жақтасы

Кіріспе

Неміс-американдық ядролық физик (1906–2005)

Екінші дүниежүзілік соғыс кезінде ол алғашқы атом бомбаларын жасаған құпия Лос-Аламос зертханасының Теориялық бөлімінің басшысы болды. Ол қарудың қанағаттандырылатын массасын есептеуде және 1945 жылдың тамызында Нагасакиге тасталған "Fat Man" қаруында қолданылған имплозия әдісінің теориясын әзірлеуде маңызды рөл атқарды, сондай-ақ Тринити сынағында да осы әдіс қолданылды. Соғыстан кейін Бете сутегі бомбасын әзірлеуде де маңызды рөл атқарды, бірақ бастапқыда оны жасау мүмкін емес екенін дәлелдеу ниетімен жобаға қатысты. Кейін Бете Альберт Эйнштейнмен және Атом ғалымдарының Төтенше комитетімен бірге ядролық сынақтарға және ядролық қарулануға қарсы күресті. Ол Кеннеди және Никсон әкімшіліктерін 1963 жылғы Ядролық сынақтарды ішінара тыйым салу шартына және 1972 жылғы Баллистикалық зымыранға қарсы келісімге (SALT I) қол қоюға ықпал етті. Оның ғылыми зерттеулері тоқтаған жоқ және ол тоқсан жасқа дейін мақалалар жариялап, мансабының әр онжылдығында өзінің саласында кем дегенде бір маңызды еңбек жариялаған азанау ғалымдардың қатарына кірді, оның мансабы жетпіс жылға жуық созылды. Оның докторанты болған Фримен Дайсон оны "20 ғасырдың ең ұлы мәселе шешушісі" деп атады.

Ерте өмір

Бете 1906 жылғы 2 шілдеде Германияның Эльзас-Лотарингия рейхсландының құрамындағы Страсбург қаласында Анна (құрметті әкесі Кун) мен Альбрехт Бетенің жалғыз баласы ретінде дүниеге келді. Оның анасы Страсбург университетінің профессоры Авраам Кунның қызы болғанмен, еврей тегінен шыққан. 1912 жылы әкесі Киль университетінің физиология институтының профессоры және директоры қызметіне тағайындалды, ал отбасы институттағы директорлық пәтерге көшті. Бастапқыда ол сегіз қыз бен ұлдан тұратын топтың бір бөлігі ретінде жеке мұғалімнің жетекшілігімен оқыды. 1915 жылы әкесі Франкфурт қаласындағы Гёте университетінің жаңа Физиология институтының меңгерушісі болғанда отбасы тағы бір рет көшті. Бете Германияның Франкфурт қаласындағы Гёте гимназиясында білім алды. 1916 жылы туберкулезге шалдыққаннан кейін білімі үзіліп, емделу үшін Бад-Кройцнахқа жіберілді. 1917 жылға қарай ол жазылып, жергілікті Реалшүледе оқуға мүмкіндік алды, ал келесі жылы ол жеке, аралас білім беретін интернатқа жіберілді. 1922-1924 жылдары ол қайтадан Гёте гимназиясында оқыды. Абитур емтиханын сәтті тапсырғаннан кейін Бете 1924 жылы Франкфурт университетіне қабылданды. Ол химия мамандығын таңдады. Физика оқыту деңгейі төмен болды, ал Франкфуртта Карл Людвиг Зигель және Отто Саз сияқты көрнекті математиктер болғанымен, Бете олардың математиканы басқа ғылымдармен байланыстырмай ұсынған тәсілдерін ұнатпады. Бете өзінің тәжірибеде нашар екенін, күкірт қышқылын төгіп лаборант киімін бүлдіргенін анықтады, бірақ ол доцент Вальтер Герлахтың оқытқан жоғары физикасын қызықтыра түсті. Герлах 1925 жылы кетіп, оның орнына Карл Мейснер келді, ол Бетеге теориялық физиканың жақсы мектебі бар университетке, атап айтқанда Мюнхен университетіне, Арнольд Зоммерфельдпен бірге оқуға баруды кеңес берді. Бете 1926 жылдың сәуір айында Мюнхен университетіне қабылданды, онда Зоммерфельд Мейснердің ұсынысы бойынша оны студент ретінде қабылдады. Зоммерфельд физикадағы дифференциалдық теңдеулер бойынша жоғары курс оқыды, бұл Бетеге ұнады. Ол сол кезде ғылыми еңбектерінің алдын ала көшірмелерін жиі алып, оларды апта сайын кешкі семинарларда талқылайтын. Бете келгенде Зоммерфельд Эрвин Шрёдингердің толқын механикасы туралы еңбектерін жаңа ғана алған болатын. Докторлық диссертациясы үшін Зоммерфельд Бетеге кристалдардағы электрондық дифракцияны зерттеуді ұсынды. Бастапқы нүкте ретінде Зоммерфельд Пол Эвальдтың 1914 жылғы кристалдардағы рентген сәулелерінің дифракциясы туралы мақаласын ұсынды. Кейін Бете өзінің тым жоғары мақсат қойғанын және үлкен дәлдікке ұмтылудың нәтижесінде есептеулерінің қажетсіз күрделенгенін еске алды. Ол Вольфганг Паулимен алғаш рет кездескенде, Паули оған: «Зоммерфельдтің сіз туралы айтқандарынан кейін, сіздің диссертацияңыздан гөрі әлдеқайда жақсы нәрсе күткен едім» деді. Бете кейінірек: «Бұл сөзді Паули мақтау ретінде айтқан деп ойлаймын» деп еске алды.

Bethe was born in Strasbourg, which at the time was part of the Reichsland Elsaß Lothringen, Germany, on July 2, 1906, the only child of Anna (née Kuhn) and Albrecht Bethe, a Privatdozent of physiology at the University of Strasbourg. Although his mother, the daughter of Abraham Kuhn, professor at the University of Strasbourg, had a Jewish background, Bethe was raised Protestant, like his father; and he became an atheist later in life. His father accepted a position as professor and director of the Institute of Physiology at the University of Kiel in 1912, and the family moved into the director's apartment at the institute. Initially, he was schooled privately by a professional teacher as part of a group of eight girls and boys. The family moved again in 1915 when his father became the head of the new Institute of Physiology at the Goethe University Frankfurt. Bethe attended the [[Goethe Gymnasium, Frankfurt in Frankfurt, Germany. His education was interrupted in 1916, when he contracted tuberculosis, and he was sent to Bad Kreuznach to recuperate. By 1917, he had recovered sufficiently to attend the local Realschule and the following year, he was sent to the Odenwaldschule, a private, coeducational boarding school. He attended the Goethe Gymnasium again for his final three years of secondary schooling, from 1922 to 1924. Having passed his Abitur, Bethe entered the University of Frankfurt in 1924. He decided to major in chemistry. The instruction in physics was poor, and while there were distinguished mathematicians in Frankfurt such as Carl Ludwig Siegel and Otto Szász, Bethe disliked their approaches, which presented mathematics without reference to the other sciences. Bethe found that he was a poor experimentalist who destroyed his lab coat by spilling sulfuric acid on it, but he found the advanced physics taught by the associate professor, Walter Gerlach, more interesting. Gerlach left in 1925 and was replaced by Karl Meissner, who advised Bethe that he should go to a university with a better school of theoretical physics, specifically the University of Munich, where he could study under Arnold Sommerfeld. Bethe entered the University of Munich in April 1926, where Sommerfeld took him on as a student on Meissner's recommendation. Sommerfeld taught an advanced course on differential equations in physics, which Bethe enjoyed. Because he was such a renowned scholar, Sommerfeld frequently received advance copies of scientific papers, which he put up for discussion at weekly evening seminars. When Bethe arrived, Sommerfeld had just received Erwin Schrödinger's papers on wave mechanics. For his PhD thesis, Sommerfeld suggested that Bethe examine electron diffraction in crystals. As a starting point, Sommerfeld suggested Paul Ewald's 1914 paper on X ray diffraction in crystals. Bethe later recalled that he became too ambitious, and, in pursuit of greater accuracy, his calculations became unnecessarily complicated. When he met Wolfgang Pauli for the first time, Pauli told him: "After Sommerfeld's tales about you, I had expected much better from you than your thesis." "I guess from Pauli," Bethe later recalled, "that was a compliment."

Алғашқы жұмыстар

Докторлық дәрежесін алғаннан кейін Эрвин Мадельунг оған Франкфуртта ассистенттік қызмет ұсынды, ал 1928 жылдың қыркүйегінде Бетте анасынан ажырасқан әкесінің үйіне көшті. Оның әкесі сол жылы Вера Конгельмен танысып, 1929 жылы үйленді. Олардың 1933 жылы туған Дорис және 1934 жылы туған Клаус есімді екі баласы болды. Бетте Франкфурттағы жұмысты аса қызықтырмады, сондықтан 1929 жылы ол Штутгарттағы Техникалық университетке Евальдтың ұсынысын қабылдады. Сол жерде ол өзінің ең маңызды еңбегі деп санайтын «Материя арқылы жылдам корпускуляр сәулелердің өту теориясы» («Zur Theorie des Durchgangs schneller Korpuskularstrahlen durch Materie») атты мақаласын жазды. Макс Борнның Шредингер теңдеуін түсіндіруінен бастап, Бетте Фурье түрлендірмесін қолданып, соқтығысу мәселелері үшін оңайлатылған формула шығарды, ол бүгінде Бетте формуласы деп аталады. Ол бұл мақаланы 1930 жылы хабилитация үшін тапсырды. Сомерфельд Беттені 1929 жылы Рокфеллер қорының саяхат стипендиясына ұсынды. Бұл стипендия айына 150 доллар (1929 жылғы шамамен 0,15 доллар қазіргі шақта шамамен 1000 долларға тең) шетелде оқуға мүмкіндік берді. 1930 жылы Бетте Англиядағы Кембридж университетінің Кавендиш зертханасында докторантурадан кейінгі жұмыс істеуді таңдады, онда ол Ральф Фаулердің жетекшілігімен жұмыс істеді. Бұлт камераларымен айналысатын Патрик Блэкеттің сұрауымен Бетте Бетте формуласының релятивистік нұсқасын жасады. Бетте өзінің юмористик сезімімен танымал болды, және Гидо Бек пен Вольфганг Рицлер сияқты екі докторантурадан кейінгі зерттеушімен бірге «Абсолюттік нөл температурасының кванттық теориясы» («On the Quantum Theory of the Temperature of Absolute Zero») атты әзіл мақаласын жазды, онда ол Цельсий бірліктеріндегі абсолюттік нөл температурасынан ұсақ құрылым тұрақтысын есептеп шығарды. Бұл мақала сол кездегі теориялық физикадағы кейбір мақалаларды пародиялап көрсетті, олар таза болжамдық және жалған сандық аргументтерге негізделген, мысалы Артур Эддингтонның бұрынғы мақаласындағы негізгі шамалардан ұсақ құрылым тұрақтысының мәнін түсіндіруге жасаған тырысы. Олар кешірім сұрауға мәжбүр болды. 1931 жылдың ақпанында Бетте Римдегі Энрико Фермидің зертханасына барып, оның жұмысына қатты әсерленді және алдымен Римге бармағанына өкінді. Бетте Бете ансацты жасады, бұл белгілі бір бір өлшемді кванттық көп денелік модельдердің өзіндік мәндері мен өзіндік векторларын табу әдісі. Ол Фермидің қарапайымдылығы мен Сомерфельдтің проблемаларға қатысты қаталдығынан әсер алды, және бұл қасиеттер оның кейінгі зерттеулеріне де әсер етті. Рокфеллер қоры Беттенің стипендиясын ұзартып, 1932 жылы Италияға оралуға мүмкіндік берді. Осы уақытта Бетте Мюнхенде Сомерфельдтің жеке доценті болып жұмыс істеді. Бетте ағылшын тілін жақсы білгендіктен, Сомерфельд оған өзінің ағылшын тілді барлық докторанттарын, соның ішінде Корнелл университетінің Ллойд П. Смитті де бақылауды тапсырды. Бетте Карл Шельдің сутегі мен гелийдің кванттық механикасы туралы «Handbuch der Physik» журналына мақала жазу туралы өтінішін қабылдады. Он жылдар өткен соң Роберт Бачер мен Виктор Вайскопф мақаланы қарап шығып, оның тақырыпты терең және кең түрде қарастырғанын, және 1959 жылғы басылым үшін өте аз түзетулер қажет болғанын атап өтті. Сомерфельд Беттені металдардағы электрондар туралы мақалаға көмектесуін сұрады. Бұл мақала қазіргі кезде қатты дене физикасы деп аталатын ғылымның негізін қамтыды. Бетте өте жаңа салаға кіріп, оны анық, үйлесімді және толық қамтыды. Оның «Handbuch» мақалаларындағы жұмысы Римдегі уақытының көп бөлігін алды, бірақ ол Фермимен бірге тағы бір жаңа сала, кванттық электродинамика туралы мақала да жазды, онда зарядталған бөлшектердің релятивистік өзара әрекеттесуі сипатталды. 1932 жылы Бетте Ханс Гайгер эксперименталды физика профессоры болған Тюбинген университетінде профессорлық көмекші болып тағайындалды. Жаңа нацистік үкімет қабылдаған алғашқы заңдардың бірі – кәсіби мемлекеттік қызметті қалпына келтіру туралы заң болды. Яһуди тегіне байланысты Бетте университеттегі мемлекеттік қызметінен босатылды. Гайгер көмек көрсетуден бас тартты, бірақ Сомерфельд Бетке Мюнхендегі стипендиясын бірден қайтарып берді. Сомерфельд 1933 жылдың жазғы семестрінің көп бөлігін еврей студенттері мен әріптестеріне орын іздеумен өткізді. Бетте 1933 жылы Германиядан Англияға көшіп кетті, Сомерфельдтің Уильям Лоуренс Брэггпен байланысы арқылы Манчестер университетінде бір жылға оқытушы лауазымына ұсынылды. Ол өз досы Рудольф Пейерльс және оның әйелі Гениямен бірге тұрды. Пейерльс – Германиядан шығарылған еврей физигі, ол да Германиядағы академиялық лауазымдардан шеттетілген. Бұл Беттеге неміс тілінде сөйлесуге мүмкіндік берді және оған ағылшын тағамын жеуге тура келмеді. Олардың қарым-қатынасы кәсіби де, жеке де болды. Пейерльс Беттенің ядролық физикаға қызығушылығын оятып, жақын қатысты. Джеймс Чэдвик пен Морис Голдхабер дейтерийдің фотодизинтеграциясын ашқаннан кейін, Чэдвик Беттені және Пейерльсті осы құбылыстың теориялық түсіндірмесін табуға шақырды. Олар бұл жұмысты Кембриджтен Манчестерге қайта оралу жолындағы төрт сағаттық пойыз сапарында жасады. Бетте келешекте бұл мәселені зерттеуді жалғастырды. 1933 жылы Корнелл университетінің физика факультеті жаңа теориялық физик іздеп, Ллойд Смит Беттені қатты ұсынды. Бұл уақытта Корнеллге келген Брэгг та оны қолдады. 1934 жылдың тамызында Корнелл Бетке профессорлық көмекші лауазымын ұсынды. Бетте бұған дейін Бристоль университетінде Невилл Моттпен бір семестр жұмыс істеу үшін стипендия қабылдаған еді, бірақ Корнелл оған 1935 жылдың көктемінде бастауға рұқсат берді. АҚШқа аттанбас бұрын, ол 1934 жылдың қыркүйегінде Копенгагендегі Нильс Бор институтына сапар шекті, онда ол Хильде Левиге ұсыныс жасады, ол да келісті. Беттенің анасы бұл одаққа қарсы болды, өйткені ол еврей тегінен болса да, еврей әйеліне үйленгісі келмеді. Олардың тойға белгіленген күнінен бірнеше күн бұрын Бетте оның никесін бұзды. Нильс Бор мен Джеймс Франк Беттенің бұл әрекетіне қатты таңырды, сондықтан ол соғыс аяқталғанға дейін институтқа қайта шақырылмады.

After Bethe received his doctorate, Erwin Madelung offered him an assistantship in Frankfurt, and in September 1928 Bethe moved in with his father, who had recently divorced his mother. His father had met Vera Congehl earlier that year and married her in 1929. They had two children, Doris, born in 1933, and Klaus, born in 1934. Bethe did not find the work in Frankfurt very stimulating, and in 1929 he accepted an offer from Ewald at the Technische Hochschule in Stuttgart. While there, he wrote what he considered to be his greatest paper, Zur Theorie des Durchgangs schneller Korpuskularstrahlen durch Materie ("The Theory of the Passage of Fast Corpuscular Rays Through Matter"). Starting from Max Born's interpretation of the Schrödinger equation, Bethe produced a simplified formula for collision problems using a Fourier transform, which is known today as the Bethe formula. He submitted this paper for his habilitation in 1930. Sommerfeld recommended Bethe for a Rockefeller Foundation Travelling Scholarship in 1929. This provided $150 a month (about $0.15 in 1929 is equivalent to about <calculated amount> in recent years,000 in dollars) to study abroad. In 1930, Bethe chose to do postdoctoral work at the Cavendish Laboratory at the University of Cambridge in England, where he worked under the supervision of Ralph Fowler. At the request of Patrick Blackett, who was working with cloud chambers, Bethe created a relativistic version of the Bethe formula. Bethe was known for his sense of humor, and with Guido Beck and Wolfgang Riezler, two other postdoctoral research fellows, created a hoax paper On the Quantum Theory of the Temperature of Absolute Zero where he calculated the fine structure constant from the absolute zero temperature in Celsius units. The paper poked fun at a certain class of papers in theoretical physics of the day, which were purely speculative and based on spurious numerical arguments, such as Arthur Eddington's attempts to explain the value of the fine structure constant from fundamental quantities in an earlier paper. They were forced to issue an apology. For the second half of his scholarship, Bethe chose to go to Enrico Fermi's laboratory in Rome in February 1931. He was greatly impressed by Fermi and regretted that he had not gone to Rome first. Bethe developed the Bethe ansatz, a method for finding the exact solutions for the eigenvalues and eigenvectors of certain one dimensional quantum many body models. He was influenced by Fermi's simplicity and Sommerfeld's rigor in approaching problems and these qualities influenced his own later research. The Rockefeller Foundation offered an extension of Bethe's fellowship, allowing him to return to Italy in 1932. In the meantime, Bethe worked for Sommerfeld in Munich as a privatdozent. Since Bethe was fluent in English, Sommerfeld had Bethe supervise all his English speaking postdoctoral fellows, including Lloyd P. Smith from Cornell University. Bethe accepted a request from Karl Scheel to write an article for the Handbuch der Physik on the quantum mechanics of hydrogen and helium. Reviewing the article decades later, Robert Bacher and Victor Weisskopf noted that it was unusual in the depth and breadth of its treatment of the subject that required very little updating for the 1959 edition. Bethe was then asked by Sommerfeld to help him with the handbuch article on electrons in metals. The article covered the basis of what is now called solid state physics. Bethe took a very new field and provided a clear, coherent, and complete coverage of it. His work on the handbuch articles occupied most of his time in Rome, but he also co wrote a paper with Fermi on another new field, quantum electrodynamics, describing the relativistic interactions of charged particles. In 1932, Bethe accepted an appointment as an assistant professor at the University of Tübingen, where Hans Geiger was the professor of experimental physics. One of the first laws passed by the new Nazi government was the Law for the Restoration of the Professional Civil Service. Due to his Jewish background, Bethe was dismissed from his job at the university, which was a government post. Geiger refused to help, but Sommerfeld immediately gave Bethe back his fellowship at Munich. Sommerfeld spent much of the summer term of 1933 finding places for Jewish students and colleagues. Bethe left Germany in 1933, moving to England after receiving an offer for a position as lecturer at the University of Manchester for a year through Sommerfeld's connection to William Lawrence Bragg. He moved in with his friend Rudolf Peierls and Peierls' wife Genia. Peierls was a fellow German physicist who had also been barred from academic positions in Germany because he was Jewish. This meant that Bethe had someone to speak to in German and he did not have to eat English food. Their relationship was professional as well as personal. Peierls aroused Bethe's interest in nuclear physics. After James Chadwick and Maurice Goldhaber discovered the photodisintegration of deuterium, Chadwick challenged Bethe and Peierls to come up with a theoretical explanation of this phenomenon. This they did on the four hour train ride from Cambridge back to Manchester. Bethe would investigate further in the years ahead. In 1933, the physics department at Cornell was looking for a new theoretical physicist, and Lloyd Smith strongly recommended Bethe. This was supported by Bragg, who was visiting Cornell at the time. In August 1934, Cornell offered Bethe a position as an acting assistant professor. Bethe had already accepted a fellowship for a year to work with Nevill Mott at the University of Bristol for a semester, but Cornell agreed to let him start in the spring of 1935. Before leaving for the United States, he visited the Niels Bohr Institute in Copenhagen in September 1934, where he proposed to Hilde Levi, who accepted. The match was opposed by Bethe's mother, who despite having a Jewish background, did not want him to marry a Jewish woman. A few days before their wedding date in December, Bethe broke off their engagement. Niels Bohr and James Franck were so shocked by this action by Bethe that he was not invited to the institute again until after World War II.

Манхэттен жобасы

Екінші дүниежүзілік соғыс басталғанда, Бет соғысқа үлес қосуды қалады, бірақ азамат болғанға дейін құпия жобаларда жұмыс істей алмады. Калтехтегі аэродинамик Теодор фон Карманның кеңесімен, Бете досы Эдвард Теллермен бірге снарядтың газ арқылы өтуінен туындайтын соққы толқындарының теориясын жасады. Бет оны ең әсерлі жұмыстарының бірі деп есептеді. Ол сондай-ақ броняны тесіп өту теориясы бойынша жұмыс істеді, оны армия дереу құпияға алды, осылайша Бетеге (сол кезде американдық азамат емес) теория бойынша одан әрі зерттеулерге қол жеткізу мүмкін болмады. 1941 жылдың желтоқсан айында қауіпсіздік рұқсатын алғаннан кейін, Бет MIT радиациялық зертханасына қосылды, онда ол микротолқынды жетектерде, мысалы радарларда қолданылатын Бет тесігі бағытталған байланыстырғышын ойлап тапты. 1942 жылдың маусым айында Чикагода, содан кейін шілдеде Калифорния университетінде (Беркли) Роберт Оппенгеймердің шақыруымен атом бомбасының алғашқы жобаларын талқылаған бірқатар кездесулерге қатысты. Олар Роберт Сербер, Стэн Франкель және басқалардың алдын ала есептерін қарастырып, уран-235 және плутонийді пайдалану мүмкіндіктерін талқылады. (Теллер содан кейін термоядролық құрылғы, Теллердің "Супер" бомбасы туралы мәселені көтерді. Бір сәтте Теллер атмосферадағы азотты тұтандыруға бола ма деп сұрады. Осындай оқиғаның дерлік мүмкін еместігін көрсететін есептеулерді жүргізу Бет пен Эмиль Конопинскиге тиесілі болды.) "Біз бөліну бомбасын жасауға тиіспіз", - деп еске алды ол кейін, "өйткені немістер оны жасап жатыр деп болжауға болады".

Қой ауысуы

Соғыс аяқталғаннан кейін Бете Корнеллге оралды. 1947 жылдың маусымында ол Shelter Island конференциясына қатысты. Ұлттық ғылым академиясының қолдауымен Нью-Йорктегі Шелтер аралындағы Рамс-Хед қонақүйінде өткен «Кванттық механика негіздері» конференциясы соғыстан кейін өткен алғашқы маңызды физика конференциясы болды. Бұл американ физиктеріне соғыстан бұрын тоқтаған жұмыстарын қайта бастап, соғыстан кейінгі зерттеулердің бағытын анықтау мүмкіндігін берді. Конференциядағы басты талқылау тақырыбы – Уиллис Лэмб және оның аспиранты Роберт Ретерфорд конференция басталмас бұрын сутек атомдарының екі мүмкін кванттық күйінің бірінің Пауль Дирактың теориясы болжағаннан сәл артық энергияға ие екенін анықтауы болды; бұл құбылыс Лэмб ығысуы деп аталды. Оппенгеймер мен Вайскопф бұл электромагниттік өрістің кванттық флуктуацияларының нәтижесінде электронның энергиясының артуынан туындайды деп болжады. Соғысқа дейінгі кванттық электродинамикаға (QED) сәйкес, электронның энергиясы электромагниттік өрістен ажыратылған кездегі «жалаңаш» энергиясынан және электромагниттік байланыс нәтижесінде туындайтын өзіндік энергиядан тұрады, бірақ екеуі де байқауға болмайтын, себебі электромагниттік өрісті тоқтату мүмкін емес. QED өзіндік энергиялар үшін шексіз мәндер берді; бірақ Лэмб ығысуы олардың нақты және шекті екенін көрсетті. Ханс Крамерс ренормализацияны шешім ретінде ұсынды, бірақ ешкім есептеуді қалай жасау керектігін білмеді. Бет Нью-Йорктен Шенеқтадиге пойызбен бара жатып бұл есептеуді орындауға қол жеткізді, ол жерде ол General Electric компаниясында жұмыс істеді. Ол бұл процестің релятивистік емес екенін түсіну арқылы жасады, бұл есептеуді едәуір жеңілдетті. «Жалаңаш» энергияны электронның байқалатын массасына қосылғандықтан оңай жоюға болды. Өзіндік энергия мүшесі енді сызықтық емес, логарифмдік түрде өсті, бұл оны математикалық жағынан жинақы етеді. Бет Лэмб ығысуының 1040 МГц тең болатын мәнін тапты, бұл Лэмб пен Ретерфордтың тәжірибелік түрде алған мәніне өте жақын болды. Оның 1947 жылдың тамызында Physical Review журналында жарияланған мақаласы үш беттен тұрды және он екі математикалық теңдеуді қамтыды, бірақ өте ықпалды болды. Бұрынғы болжамдар бойынша, шексіздіктер QED-нің негізінен бұрыс екенін және жаңа, радикалды теория қажет екенін көрсетеді; Бет мұның қажет емес екенін көрсетті. Джордж Гамов Беттің атын (онымен кеңеспей) қосты, Беттің қарсы болмайтынын біліп, Ральф Альфердің тілегіне қайшы келіп. Бұл, көрінетіндей, Гамовтың юмористик сезімінен туындады, ол грек әліпбиінің алғашқы үш әрпін еске түсіретін мақала тақырыбын қалаған. Physical Review журналының рецензенттерінің бірі ретінде Бет қолжазбаны қарап, «in absentia» деген сөздерді жойды.

After the war ended, Bethe returned to Cornell. In June 1947, he participated in the Shelter Island Conference. Sponsored by the National Academy of Sciences and held at the Ram's Head Inn on Shelter Island, New York, the conference on the "Foundations of Quantum Mechanics" was the first major physics conference held after the war. It was a chance for American physicists to come together, pick up where they had left off before the war, and establish the direction of post war research. A major talking point at the conference was the discovery by Willis Lamb and his graduate student, Robert Retherford, shortly before the conference began that one of the two possible quantum states of hydrogen atoms had slightly more energy than that predicted by the theory of Paul Dirac; this became known as the Lamb shift. Oppenheimer and Weisskopf suggested that this was a result of quantum fluctuations of the electromagnetic field, which gave the electron more energy. According to pre war quantum electrodynamics (QED), the energy of the electron consisted of the bare energy it had when uncoupled from an electromagnetic field, and the self energy resulting from the electromagnetic coupling, but both were unobservable, since the electromagnetic field cannot be switched off. QED gave infinite values for the self energies; but the Lamb shift showed that they were both real and finite. Hans Kramers proposed renormalization as a solution, but no one knew how to do the calculation. Bethe managed to perform the calculation on the train from New York to Schenectady, where he was working for General Electric. He did so by realising that it was a non relativistic process, which greatly simplified the calculation. The bare energy was easily removed as it was already included in the observed mass of the electron. The self energy term now increased logarithmically instead of linearly, making it mathematically convergent. Bethe arrived at a value for the Lamb shift of 1040 MHz, extremely close to that obtained experimentally by Lamb and Retherford. His paper, published in the Physical Review in August 1947, was only three pages long and contained just twelve mathematical equations, but was enormously influential. It had been presumed that the infinities indicated that QED was fundamentally flawed, and that a new, radical theory was required; Bethe demonstrated that this was not necessary. George Gamow added Bethe's name (in absentia) without consulting him, knowing that Bethe would not mind, and against Ralph Alpher's wishes. This was apparently a reflection of Gamow's sense of humor, wanting to have a paper title that would sound like the first three letters of the Greek alphabet. As one of the Physical Reviews reviewers, Bethe saw the manuscript and struck out the words "in absentia".

Астрофизика

Бете атом ядросын кванттық сұйық тамшы сияқты деп есептеген. Ол ядролық материя мәселесін Кит Брюкнердің бұрылыс теориясы бойынша жүргізген жұмысына сүйене отырып зерттеді. Джеффри Голдстоунмен бірлесіп жұмыс істегенде, ол шексіз қатты ядролық потенциал жағдайы үшін шешім тапты. Содан кейін, Бэрд Брандоу мен Альберт Петчекпен бірге жұмыс істеп, ол шашырау теңдеуін оңай шешілетін дифференциалдық теңдеуге түрлендіретін жуықтамалы есептеу жасады. Бұл оны Людвиг Фаддеевтің үш дене шашырауына қатысты көзқарасын жалпылаған Бет-Фаддеев теңдеуіне жеткізді. Ол осы әдістерді ядроларға ұқсас тығыздыққа ие нейтронды жұлдыздарды зерттеу үшін пайдаланды. Бете тоқсан жасқа дейін суперновалар, нейтронды жұлдыздар, қара тесіктер және теориялық астрофизиканың басқа да мәселелері бойынша зерттеулер жүргізе берді. Осы мақсатта ол Стоуни Брук университетінің профессоры Джеральд Браунмен бірлесіп жұмыс істеді. 1978 жылы Браун олардың суперновалар тақырыбында бірлесіп жұмыс істеуін ұсынды. Сол кезде суперновалар жақсы түсінілгенімен, есептеулер әлі де қиындық тудырып келді. Он жылдықтар бойы ядролық физикамен айналысып, алған тәжірибесі мен ядролық жарылыстарға қатысты есептеулердегі білімін пайдалана отырып, Бете жұлдыздық гравитациялық құлдыраудың мәселелерін және түрлі факторлардың супернова жарылысына қалай әсер ететінін зерттеді. Ол мәселені дифференциалдық теңдеулер жиынтығына келтіріп, оларды шеше алды. 85 жасында Бете Күн нейтриносы мәселесі туралы маңызды мақала жазды, онда ол теория мен тәжірибе арасындағы қайшылықты түсіндіру үшін Станислав Михеев, Алексей Смирнов және Линкольн Вольфенштейн ұсынған электронды нейтриноның мюонды нейтриноға айналу механизмін анықтауға көмектесті. Бете, күн нейтриносы мәселесін түсіну үшін Стандартты модельден тыс физика қажет екенін айтты, себебі ол нейтриноның массасы жоқ деп есептеді, демек, олар бір-біріне айнала алмайды; ал MSW эффектісі осы айналуды қажет етеді. Бете 90 жасқа толуына дейін Онтариодағы Судбери нейтрино обсерваториясы (SNO) оның сөзін растайтын дәлелдер табады деп үміттенді, бірақ SNO-дан қоңырау 2001 жылдың маусым айында, ол 95 жасқа толғанда ғана келді. 1996 жылы Кип Торн Бете мен Браунға LIGO, яғни лазерлік интерферометрлік гравитациялық толқын обсерваториясы туралы сұрады, ол нейтронды жұлдыздар мен қара тесіктердің бірігуінен туындайтын гравитациялық толқындарды анықтауға арналған. Бете мен Браун көзге көрінбейтін нәрселерді есептеуде жақсы болғандықтан, олар осы бірігуді зерттей ала ма еді? 90 жастағы Бете тез қызығушылық танытып, қажетті есептеулерді бастады. Нәтижесінде 1998 жылы «Біріге түсетін екілік компактты объектілердің эволюциясы» атты мақала жарық көрді, оны Браун екеуінің бірлесіп жазған ең жақсы жұмысы деп санады.

Bethe believed that the atomic nucleus was like a quantum liquid drop. He investigated the nuclear matter problem by considering the work conducted by Keith Brueckner on perturbation theory. Working with Jeffrey Goldstone, he produced a solution for the case where there was an infinite hard core potential. Then, working with Baird Brandow and Albert Petschek, he came up with an approximation that converted the scattering equation into an easily solved differential equation. This then led him to the Bethe Faddeev equation, a generalisation of Ludvig Faddeev's approach to three body scattering. He then used these techniques to examine the neutron stars, which have densities similar to those of nuclei. Bethe continued to do research on supernovae, neutron stars, black holes, and other problems in theoretical astrophysics into his late nineties. In doing this, he collaborated with Gerald E. Brown of Stony Brook University. In 1978, Brown proposed that they collaborate on supernovae. These were reasonably well understood by this time, but the calculations were still a problem. Using techniques honed from decades of working with nuclear physics, and some experience with calculations involving nuclear explosions, Bethe tackled the problems involved in stellar gravitational collapse, and the way in which various factors affected a supernova explosion. Once again, he was able to reduce the problem to a set of differential equations, and to solve them. At age 85, Bethe wrote an important article about the solar neutrino problem, in which he helped establish the conversion mechanism for electron neutrinos into muon neutrinos proposed by Stanislav Mikheyev, Alexei Smirnov, and Lincoln Wolfenstein to explain a vexing discrepancy between theory and experiment. Bethe argued that physics beyond the Standard Model was required to understand the solar neutrino problem, because it presumed that neutrinos have no mass, and therefore, cannot metamorphosize into each other; whereas the MSW effect required this to occur. Bethe hoped that corroborating evidence would be found by the Sudbury Neutrino Observatory (SNO) in Ontario by his 90th birthday, but he did not get the call from SNO until June 2001, when he was nearly 95. In 1996, Kip Thorne approached Bethe and Brown about LIGO, the Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory designed to detect the gravitational waves from merging neutron stars and black holes. Since Bethe and Brown were good at calculating things that could not be seen, could they look at the mergers? The 90 year old Bethe quickly became enthused and soon began the required calculations. The result was a 1998 paper on the "Evolution of Binary Compact Objects Which Merge", which Brown regarded as the best that the two produced together.

Жеке өмір

Беттің хоббилерінің бірі марка жинау болатын. Ол өмірі бойы табиғатты жақсы көріп, Альп және Роки тауларын жаяу аралаған белсенді саяхатшы болды. 2005 жылғы 6 наурызда Нью-Йорк штатының Итака қаласындағы үйінде жүрек жеткіліксіздігінен қайтыс болды. Одан кейін әйелі Роза Эвальд Бет және екі баласы қалды. Қайтыс болған кезде ол Корнелл университетінің зейнеткер физика профессоры, Джон Венделл Андерсон атындағы профессор еді.

Танымал мәдениетте

Бетті 1980 жылғы "Оппенгеймер" телесериалында Мэтью Гиннес, ал 2023 жылғы "Оппенгеймер" фильмінде Густав Скарсгард сомдады. Джеймс Блиштің "Қанатты қалалар" ғылыми-фантастикалық сериясында Бетаның құрметіне "Бета бластері" деп аталатын күшті қару бар.

Таңдалған жарияланымдар

Бети, Х. А. "Кремний кристалдары арқылы жоғары жиілікті түзету теориясы", Массачусетс технология институтының (МИТ) сәулелену зертханасы, АҚШ Энергетика министрлігі (алдын ала агенттік Атом энергиясы комиссиясы арқылы), (29 қазан 1942). Бети, Х. А. "Максималды мүмкін ядролық жарылыстың теориялық бағасы", Ноллс атом энергиясы зертханасы, Шенектади, Нью-Йорк, АҚШ Энергетика департаменті (алдын ала агенттік Атом энергиясы жөніндегі комиссия арқылы), (31 қаңтар 1950). Бети, Х. А.; Раджараман, Р. "Ядролық материядағы үш дене проблемасы", Оңтүстік Калифорния университеті, Лос-Анджелес, АҚШ Энергетика департаменті (алдын ала агенттік Атом энергиясы жөніндегі комиссия арқылы), (1967). Бети, Х. А. "Күшті электромагниттік өрісте кері тежелу туралы ескерту", Лос-Аламос ұлттық зертханасы (LANL), АҚШ Энергетика министрлігі (алдын ала агенттік Атом энергиясы жөніндегі комиссия арқылы), (қыркүйек 1972). Бети, Х. А. "Паули принципі және пион шашырауы", Лос-Аламос ұлттық зертханасы (LANL), АҚШ Энергетика департаменті (алдын ала агенттік Атом энергиясы жөніндегі комиссия арқылы), (қазан 1972). Бети, Х. А. "Фьюзиялық гибридтік реактор", Сандия ұлттық зертханасы, АҚШ Энергетика департаменті, (тамыз 1981).