Hans Albrecht Eduard Bethe (2 de julho de 1906 – 6 de março de 2005) foi um físico teuto-americano que fez contribuições importantes para a física nuclear, astrofísica, eletrodinâmica quântica e física do estado sólido, e recebeu o Prêmio Nobel de Física em 1967 por seu trabalho sobre a teoria da nucleossíntese estelar. Durante a maior parte de sua carreira, Bethe foi professor na Universidade Cornell.James C. Keck Collected Works and Biography () contém as anotações de aula feitas por um dos alunos de Bethe em Cornell, dos cursos de pós-graduação sobre Física Nuclear e sobre Aplicações da Mecânica Quântica que ele ministrou na primavera de 1947.
Em 1931, Bethe desenvolveu o ansatz de Bethe, que é um método para encontrar soluções exatas para os autovalores e autovetores de certos modelos quânticos de muitos corpos em uma dimensão. Em 1939, Bethe publicou um artigo que estabeleceu o ciclo CNO como a principal fonte de energia para estrelas mais massivas na classificação de estrelas da sequência principal, o que lhe rendeu um Prêmio Nobel em 1967. Durante a Segunda Guerra Mundial, Bethe foi chefe da Divisão Teórica no secreto Laboratório Nacional de Los Alamos que desenvolveu as primeiras bombas atômicas. Lá, ele desempenhou um papel fundamental no cálculo da massa crítica das armas e no desenvolvimento da teoria por trás do método de implosão usado tanto no teste Trinity quanto na bomba "Fat Man" lançada sobre Nagasaki em agosto de 1945.
Após a guerra, Bethe desempenhou um papel importante no desenvolvimento da bomba de hidrogênio, tendo servido também como chefe da divisão teórica do projeto, embora tenha se juntado ao projeto inicialmente com a esperança de provar que ela não poderia ser construída. Mais tarde, ele fez campanha com Albert Einstein e o Comitê de Emergência de Cientistas Atômicos contra testes nucleares e a corrida armamentista nuclear. Ele ajudou a persuadir as administrações Kennedy e Nixon a assinar, respectivamente, o Tratado de Proibição Parcial de Testes Nucleares de 1963 e o Tratado sobre Mísseis Antibalísticos de 1972 (SALT I). Em 1947, ele escreveu um importante artigo que forneceu o cálculo do deslocamento de Lamb, que é creditado por revolucionar a eletrodinâmica quântica e por "abrir o caminho para a era moderna da física de partículas". Ele contribuiu para a compreensão dos neutrinos e foi fundamental na resolução do problema dos neutrinos solares. Ele contribuiu para a compreensão das supernovas e seus processos.
Sua pesquisa científica nunca cessou, e ele publicava artigos até os noventa anos, tornando-o um dos poucos cientistas a ter publicado pelo menos um artigo importante em sua área durante cada década de sua carreira, que no caso de Bethe abrangeu quase setenta anos. O físico Freeman Dyson, que foi seu aluno de doutorado, o chamou de "o solucionador de problemas supremo do século XX", e o cosmólogo Edward Kolb o chamou de "o último dos velhos mestres" da física.
Primeiros anos
Bethe nasceu em Estrasburgo, que na época fazia parte do Reichsland Elsaß-Lothringen, Alemanha, em 2 de julho de 1906, filho único de Anna (nascida Kuhn) e Albrecht Bethe, um de fisiologia na Universidade de Estrasburgo. Embora sua mãe, filha de Abraham Kuhn, professor na Universidade de Estrasburgo, tivesse ascendência judaica, Bethe foi criado como protestante, como seu pai; e ele se tornou ateu mais tarde na vida.
Seu pai aceitou um cargo como professor e diretor do Instituto de Fisiologia da Universidade de Kiel em 1912, e a família mudou-se para o apartamento do diretor no instituto. Inicialmente, ele foi educado em casa por um professor profissional como parte de um grupo de oito meninas e meninos. A família mudou-se novamente em 1915, quando seu pai se tornou o chefe do novo Instituto de Fisiologia da Universidade de Frankfurt am Main.
Bethe frequentou o em Frankfurt, Alemanha. Sua educação foi interrompida em 1916, quando contraiu tuberculose, e foi enviado para Bad Kreuznach para se recuperar. Em 1917, ele já estava suficientemente recuperado para frequentar a local e, no ano seguinte, foi enviado para a , uma escola particular internato mista. Ele frequentou novamente o durante seus últimos três anos de ensino médio, de 1922 a 1924.
Tendo passado no , Bethe ingressou na Universidade de Frankfurt em 1924. Ele decidiu se especializar em química. O ensino de física era precário e, embora houvesse matemáticos distintos em Frankfurt, como Carl Ludwig Siegel e Otto Szász, Bethe não gostava de suas abordagens, que apresentavam a matemática sem referência a outras ciências. Bethe descobriu que era um experimentalista ruim que destruiu seu jaleco ao derramar ácido sulfúrico sobre ele, mas achou a física avançada ensinada pelo professor associado, Walter Gerlach, mais interessante. Gerlach saiu em 1925 e foi substituído por Karl Meissner, que aconselhou Bethe a ir para uma universidade com uma escola melhor de física teórica, especificamente a Ludwig-Maximilians-Universität München, onde poderia estudar com Arnold Sommerfeld.
Bethe ingressou na Ludwig-Maximilians-Universität München em abril de 1926, onde Sommerfeld o aceitou como aluno por recomendação de Meissner. Sommerfeld ministrava um curso avançado sobre equações diferenciais em física, que Bethe gostava. Por ser um estudioso tão renomado, Sommerfeld recebia frequentemente cópias antecipadas de artigos científicos, que colocava em discussão em seminários noturnos semanais. Quando Bethe chegou, Sommerfeld acabara de receber os artigos de Erwin Schrödinger sobre a mecânica ondulatória.
Para sua tese de doutorado, Sommerfeld sugeriu que Bethe examinasse a difração de elétrons em cristais. Como ponto de partida, Sommerfeld sugeriu o artigo de 1914 de Paul Ewald sobre a difração de raios X em cristais. Bethe lembrou mais tarde que se tornou ambicioso demais e, em busca de maior precisão, seus cálculos se tornaram desnecessariamente complicados. Quando conheceu Wolfgang Pauli pela primeira vez, Pauli lhe disse: "Depois dos contos de Sommerfeld sobre você, eu esperava muito mais de você do que sua tese". "Acho que, vindo de Pauli", lembrou Bethe mais tarde, "isso foi um elogio".
Primeiros trabalhos Depois que Bethe recebeu seu doutorado, Erwin Madelung lhe ofereceu um assistente em Frankfurt, e em setembro de 1928 Bethe foi morar com seu pai, que recentemente havia se divorciado de sua mãe. Seu pai conhecera Vera Congehl no início daquele ano e se casou com ela em 1929. Eles tiveram dois filhos, Doris, nascida em 1933, e Klaus, nascido em 1934.
Bethe não achou o trabalho em Frankfurt muito estimulante e, em 1929, aceitou uma oferta de Ewald na Technische Hochschule Stuttgart. Enquanto estava lá, escreveu o que considerou seu melhor artigo, Zur Theorie des Durchgangs schneller Korpuskularstrahlen durch Materie ("A Teoria da Passagem de Raios Corpusculares Rápidos Através da Matéria"). Partindo da interpretação de Max Born da equação de Schrödinger, Bethe produziu uma fórmula simplificada para problemas de colisão usando uma transformada de Fourier, que é conhecida hoje como a fórmula de Bethe. Ele submeteu este artigo para sua habilitação em 1930.
Sommerfeld recomendou Bethe para uma Bolsa de Estudos no Exterior da Fundação Rockefeller em 1929. Isso fornecia US$ 150 por mês (cerca de US$ 000 em dólares de ) para estudar no exterior. Em 1930, Bethe escolheu fazer pós-doutorado no Laboratório Cavendish da Universidade de Cambridge, na Inglaterra, onde trabalhou sob a supervisão de Ralph Fowler. A pedido de Patrick Blackett, que trabalhava com câmaras de nuvens, Bethe criou uma versão relativística da fórmula de Bethe.
Bethe era conhecido por seu senso de humor e, com Guido Beck e , dois outros pesquisadores de pós-doutorado, criou um artigo falso intitulado On the Quantum Theory of the Temperature of Absolute Zero, onde calculou a constante de estrutura fina a partir da temperatura do zero absoluto em unidades Celsius. O artigo zombava de uma certa classe de artigos da física teórica da época, que eram puramente especulativos e baseados em argumentos numéricos espúrios, como as tentativas de Arthur Eddington de explicar o valor da constante de estrutura fina a partir de quantidades fundamentais em um artigo anterior. Eles foram forçados a emitir um pedido de desculpas.
Para a segunda metade de sua bolsa, Bethe escolheu ir para o laboratório de Enrico Fermi em Roma em fevereiro de 1931. Ele ficou muito impressionado com Fermi e lamentou não ter ido para Roma primeiro. Bethe desenvolveu o ansatz de Bethe, um método para encontrar soluções exatas para os autovalores e autovetores de certos modelos quânticos de muitos corpos em uma dimensão. Ele foi influenciado pela simplicidade de Fermi e pelo rigor de Sommerfeld ao abordar problemas, e essas qualidades influenciaram sua própria pesquisa posterior.
A Fundação Rockefeller ofereceu uma extensão da bolsa de Bethe, permitindo-lhe retornar à Itália em 1932. Enquanto isso, Bethe trabalhou para Sommerfeld na Ludwig-Maximilians-Universität München como privatdozent. Como Bethe era fluente em inglês, Sommerfeld o encarregou de supervisionar todos os seus bolsistas de pós-doutorado de língua inglesa, incluindo Lloyd P. Smith da Universidade Cornell. Bethe aceitou um pedido de Karl Scheel para escrever um artigo para o Handbuch der Physik sobre a mecânica quântica do hidrogênio e do hélio. Revisando o artigo décadas depois, Robert Bacher e Victor Weisskopf notaram que era incomum na profundidade e amplitude de seu tratamento do assunto, exigindo pouca atualização para a edição de 1959. Sommerfeld então pediu a Bethe que o ajudasse com o artigo do handbuch sobre elétrons em metais. O artigo cobriu a base do que hoje é chamado de física do estado sólido. Bethe pegou um campo muito novo e forneceu uma cobertura clara, coerente e completa dele. Seu trabalho nos artigos do handbuch ocupou a maior parte de seu tempo em Roma, mas ele também coescreveu um artigo com Fermi sobre outro novo campo, a eletrodinâmica quântica, descrevendo as interações relativísticas de partículas carregadas.
Em 1932, Bethe aceitou um cargo de professor assistente na Universidade de Tübingen, onde Hans Geiger era o professor de física experimental. Uma das primeiras leis aprovadas pelo novo governo nazista foi a Lei para a Restauração do Funcionalismo Público Profissional. Devido à sua ascendência judaica, Bethe foi demitido de seu cargo na universidade, que era um posto governamental. Geiger se recusou a ajudar, mas Sommerfeld imediatamente devolveu a Bethe sua bolsa na Ludwig-Maximilians-Universität München. Sommerfeld passou grande parte do semestre de verão de 1933 encontrando lugares para estudantes e colegas judeus.
Bethe deixou a Alemanha em 1933, mudando-se para a Inglaterra após receber uma oferta de cargo de professor na Universidade de Manchester por um ano, através da conexão de Sommerfeld com William Lawrence Bragg. Ele foi morar com seu amigo Rudolf Peierls e a esposa de Peierls, Genia. Peierls era um colega físico alemão que também fora impedido de ocupar cargos acadêmicos na Alemanha por ser judeu. Isso significava que Bethe tinha alguém com quem falar em alemão e não precisava comer comida inglesa. A relação deles era profissional e pessoal. Peierls despertou o interesse de Bethe pela física nuclear. Depois que James Chadwick e Maurice Goldhaber descobriram a fotodesintegração do deutério, Chadwick desafiou Bethe e Peierls a apresentarem uma explicação teórica para esse fenômeno. Eles o fizeram na viagem de trem de quatro horas de Cambridge de volta a Manchester. Bethe investigaria mais nos anos seguintes.