Ганс Бете
Ганс Альбрехт Бете (2 июля 1906 – 6 марта 2005) — немецко-американский физик. Он объяснил, как звёзды производят свою энергию, и получил за это в 1967 году Нобелевскую премию по физике.
Для физики нейтрино он важен в двух отношениях: он описал реакции, которые порождают солнечные нейтрино, — и он рассчитал в 1934 году, насколько невероятно когда-либо увидеть нейтрино.
Путь
Бете родился в Страсбурге и в 1928 году защитил диссертацию у Арнольда Зоммерфельда в Мюнхене. В 1933 году он как сын матери-еврейки потерял своё место в Тюбингене и через Англию перешёл в 1935 году в Корнеллский университет в Итаке, штат Нью-Йорк, с которым оставался связан семьдесят лет.
Во Второй мировой войне он возглавлял теоретический отдел в Лос-Аламосе. После войны он десятилетиями выступал за контроль над вооружениями и был одним из самых действенных сторонников Договора о запрещении ядерных испытаний 1963 года.
«Наблюдать невозможно»
Вскоре после того, как Энрико Ферми представил свою теорию бета-распада, Бете и Рудольф Пайерлс рассчитали, насколько сильно нейтрино взаимодействовало бы с веществом. Они получили сечение взаимодействия порядка 10⁻⁴⁴ квадратного сантиметра.
Их вывод был трезв: практически проходимого пути наблюдать нейтрино нет. Частица с таким сечением без труда проходит сквозь свинцовый блок толщиной в несколько световых лет.
Расчёт был верен. Вывод — нет: он недооценил того, чего можно достичь с очень сильными источниками и очень большими детекторами. Фредерик Райнес и Клайд Коуэн показали это в 1956 году, и измеренная ими скорость согласовалась с числом Бете.
Бете позднее комментировал это с явным удовольствием. Этот случай принадлежит к самым поучительным в физике: верный расчёт превращается в неверное утверждение, как только из него делают вывод о границах осуществимого.
Как горят звёзды
В 1938 и 1939 годах Бете представил работы, за которые получил Нобелевскую премию. Вопрос был стар: откуда Солнце берёт свою энергию? Химического горения хватило бы на несколько тысяч лет, сжатия под собственной тяжестью — на несколько миллионов; геология требовала миллиардов.
Бете описал два пути, на которых звёзды сплавляют водород в гелий:
Протон-протонная цепочка. Путь более лёгких звёзд, таких как наше Солнце. Четыре протона шаг за шагом становятся ядром гелия; при этом возникают позитроны и нейтрино. Первый шаг требует, чтобы протон превратился в нейтрон, — процесс слабого взаимодействия, и потому настолько медленный, что Солнце горит миллиарды лет, вместо того чтобы взорваться.
CNO-цикл. Путь более тяжёлых звёзд. Углерод, азот и кислород действуют как катализаторы, которые сами не расходуются.
Позднее подтверждение
Оба пути высвобождают нейтрино, причём с разными энергиями. Именно это сделало их позднее измеримыми.
pp-нейтрино обнаружил Borexino в 2014 году. А в 2020 году той же установке удалось обнаружение CNO-нейтрино — второго пути Бете, 81 год спустя после его расчёта и через пятнадцать лет после его смерти.
Немногим теоретическим работам пришлось так долго ждать своего непосредственного подтверждения.
Наследие
Бете публиковался до глубокой старости. Вместе с Джоном Бакаллом он написал работы по вопросу о том, не указывает ли недостача солнечных нейтрино на новую физику частиц. Оба считали ответ утвердительным — и оказались правы.
Он умер в 2005 году в возрасте 98 лет, через три года после того, как Рэймонд Дэвис получил Нобелевскую премию за измерение тех самых нейтрино, возникновение которых рассчитал Бете.
Связанные понятия
- Солнечные нейтрино — результат его реакций
- Сечение взаимодействия — его расчёт 1934 года
- Borexino — позднее подтверждение CNO-цикла
- Джон Бакалл — его соратник по солнечной модели
Источники
- H. Bethe, R. Peierls: The Neutrino, Nature 133, 532 (1934).
- H. A. Bethe: Energy Production in Stars, Physical Review 55, 434 (1939).