Вальтер БОТЕ

Фотографія Вальтер БОТЕ (photo Valter Bothe)

Valter Bothe

  • День народження: 08.06.1891 року
  • Вік: 65 років
  • Місце народження: Оранієнбурзі., Німеччина
  • Дата смерті: 08.02.1957 року
  • Громадянство: Німеччина

Біографія

Крім Нобелівської премії, Б. був нагороджений медаллю Макса Планка Німецького фізичного товариства і Великим хрестом ордена «За федеральну службу» уряду ФРН. У 1952 р. він став кавалером урядового ордена «За заслуги в науці і мистецтві». Він був членом академій наук Гейдельберга і Геттінгена, а також Саксонської академії наук в Лейпцигу.

Німецький фізик Вальтер Вільгельм Георг Бою народився в Оранієнбурзі.

Його батько, Фрідріх Боте, був торговцем. У 1908 р. Б. вступив в Берлінський університет, де вивчав фізику, математику та хімію. У 1914 р., працюючи під керівництвом Макса Планки. він отримав докторську ступінь за теоретичне дослідження взаємодії світла з молекулами.

Під час першої світової війни Б. служив у німецькій армії. У 1915 р. він був узятий в полон росіянами і відправлений у Сибір, де вивчав російську мову і зумів продовжити свої заняття теоретичною фізикою. Повернувшись до Німеччини в 1920 р. він став працювати під керівництвом Ханса Гейгера (винахідника лічильника Гейгера) в радіаційній лабораторії Державного фізико-технічного інституту, де він недовго працював ще в 1913 р. (Пізніше він вважав, що саме Гейгер направив його зусилля в бік фізики.) Одночасно з цим Б. викладав фізику в Берлінському університеті.

На початку 20-х рр. Б. проводив експериментальні і теоретичні дослідження відхилень альфа — і бета-частинок в речовині. Велика частина робіт у цій області стосувалася одиничних взаємодій частинок з окремими атомами. Проте Б. вивчав набагато більш важкий випадок, коли швидка частинка, пролітає крізь речовину, взаємодіє з великим числом атомів, причому кожен акт взаємодії призводить до відхилення частинки, пропорційному його силі. Так як при проходженні крізь тіло сильне однократне взаємодія малоймовірно, то повне відхилення частинки визначається в основному великим числом малих відхилень. Для вирішення цієї задачі Б. розробив спеціальний статистичний підхід.

Протягом перших двох десятиліть XX ст. Макс Планк, Альберт Ейнштейн, Нільс Бор та інші створили квантову теорію, основу для вивчення атомних і субатомних систем. Ця теорія, заснована на ідеї, що енергія передається дискретними порціями, або квантами, дозволила деякі дилеми класичної фізики, хоча натомість поставила власні проблеми. З квантової теорії з очевидністю витікало, що світло, як і взагалі електромагнітне поле, що володіє характеристиками як хвиль, так і часток – дуалізм, який багато фізики сприймали з працею. Експерименти, проведені на початку 20-х р., підтвердили ідею про те, що об’єкти, які дуже довго вважалися хвилями (такі, як світло), можуть вести себе подібно часткам, тоді як ті, що вважалися частинками (наприклад, електрон), можуть вести себе як хвилі. Одним з найбільш вражаючих підтверджень цього стало зроблене в 1923 р. Артуром Х. Комптоном відкриття (нині відоме як ефект Комптона), що складається в тому, що рентгенівські промені. які раніше вважалися хвилями, розсіюються електронами в речовині так, як якщо б вони були частками.

У 1924 р. Нільс Бор. Хендрік Крамере і Джон Слейтер спробували вирішити проблему хвилі-частки, запропонувавши нову формулювання квантової теорії, в якій відкидалися деякі основоположні принципи класичної фізики. Згідно з добре відомим законам збереження, енергія і імпульс зберігаються, тобто при будь-якій взаємодії повна енергія і імпульс системи тіл до взаємодії рівні повної енергії і імпульсу після взаємодії. Бор, Крамере і Слейтер припустили, що на атомному рівні при індивідуальних взаємодії частинок не повинні зберігатися ні енергія, ні імпульс, вони зберігаються лише в сумі багатьох індивідуальних взаємодій. Однак існували тоді методи дослідження елементарних частинок не підходили для перевірки статистичної інтерпретації законів збереження, запропонованій Бором та його колегами. Прочитавши їх статтю, Б. вирішив розробити методику, яка дозволила б підтвердити їх припущення.

Експеримент Комптона в 1923 р. показав, що, коли кванти рентгенівських променів розсіюються при зіткненні з електронами, вони втрачають частину своєї енергії і імпульсу. Комптон передбачив, а Ч. Т. Р. Вільсон підтвердив, що залучені в такі зіткнення електрони отримують віддачу, тобто вибиваються з атомів. Б. розумів, що якщо класичні закони збереження діють на атомному рівні, то при зіткненні повинен виходити як розсіяний квант, дак і відскочив електрон: енергія і імпульс, втрачені квантом, повинні переходити до електрону. З іншого боку, якщо справедлива запропонована статистична інтерпретація збереження, то при кожному заданому зіткненні має бути лише випадкове співвідношення між розсіюванням кванта і вибиванням електрона з атома. Тому Б. вирішив скористатися для перевірки гіпотези Бору ефектом Комптона.

Оригінальний лічильник Гейгера, винайдений в 1913 р., міг реєструвати лише важкі заряджені частинки; проте до 1924 р. Гейгер створив модифікований лічильник, названий голчастим, який був здатний реєструвати електрони. Працюючи разом з Гейгером, Б. придумав спеціальний метод використання цього лічильника. отримав згодом назву «метод збігів». Два голчастих лічильника, заповнені воднем, були пов’язані таким чином, що, коли на них прямував пучок рентгенівських променів, зіткнення між квантами променів і електронами атомів водню відбувалися в першому лічильнику. Електрони віддачі реєструвалися цим лічильником, тоді як розсіяні кванти проходили у другій, де вони вибивали значно менше число електронів, що реєструються другим лічильником, демонструючи тим самим наявність розсіяних квантів. Виникають при реєстрації частинок електричні імпульси лічильників автоматично фіксувалися, дозволяє досліднику вирішувати, чи збігаються вони в часі.

Б. і Гейгер виявили, що одночасна реєстрація розсіяного кванта і выбитою електрона відбувається занадто часто, щоб це можна було вважати випадковим, а їхні статистичні оцінки показали, що обидві частинки завжди виникають при кожному зіткненні. Звідси вони зробили висновок, що статистична гіпотеза Бору невірна. Їх дослідження показало, що класичні закони збереження справедливі і для окремих актів взаємодії на субатомному рівні. Їх висновок, з яким погодилися Бор та інші фізики, вплинув на розвиток у 20-х рр. квантової механіки, комплексної математичної трактування квантової теорії.

Метод збігу Б., за який він згодом отримав Нобелівську премію з фізики, став важливим інструментом в сучасних системах реєстрації і вимірювання часток, хоча сьогодні фізики користуються значно більш досконалими лічильниками, реєструючими лише збігаються події. Наприклад, при спостереженні за частками, звільнюються в результаті ядерної реакції, дослідники можуть так відрегулювати свої прилади, щоб вони реєстрували тільки дані, що задовольняють ряду вказаних критеріїв. Потім вони можуть провести статистичний аналіз отриманих даних, щоб виявити, чи йдеться про випадкові збіги або про тих реакціях, які вони шукають.

Починаючи з 1926 р. Б. вивчав перетворення елементів, які відбуваються при бомбардуванні їх ядер альфа-частинками, і в 1930 р. він зі своїми колегами виявив нове, що володіє високою проникаючою здатністю випромінювання, яке виникало при бомбардуванні альфа-частинками берилію. Ця робота привела до відкриття в 1932 р. нейтрона Джеймсом Чедвиком. У 1929 р. Б. разом з Вернером Кольхерстером використовував метод збігів для виявлення космічних променів. В цих дослідженнях було встановлено, що космічні промені являють собою потік частинок високої енергії, а не гамма-променів, як завжди вважалося.

У 1930 р. Б. стає директором Фізичного інституту при Гессенском університеті. Через Два роки його призначили директором Фізичного інституту при Гейдельберзькому університеті, а в 1934 р. він обійняв посаду директора Фізичного інституту при Інституті медичних досліджень Макса Планка в Гейдельберзі. В Інституті Макса Планка він курирував будівництво циклотрона, прискорювача частинок, що використовується в ядерних дослідженнях. Будівництво було завершено в 1943 р.

Під час другої світової війни Б. був одним з провідних учасників проекту з ядерної енергії, очолюваного Вернером Гейзенбергом. Він вивчав властивості ядер урану і розробляв теорію дифузії нейтронів, що описує розсіяння нейтронів, їх поглинання і народження в системах, що містять расщепляемые елементи, подібні урану. Після війни Б. повернувся до проблем розсіювання електронів і фізики космічних променів; він також вніс свій внесок у теоретичне розуміння бета-розпаду і гамма-випромінювання ядер.

У 1954 р. Б. був нагороджений Нобелівською премією з фізики «за метод збігів і зроблені в зв’язку з цим відкриття». Він розділив премію з Максом Борном, який був нагороджений за внесок у квантову механіку. Страждає серйозними порушеннями кровообігу і прикутий до ліжка, Б. не зміг приїхати на церемонію нагородження і послав свою дочку отримати премію від його імені. «Я думаю, що головний урок, який я отримав від Гейгера, – писав Б. у своїй Нобелівській лекції, – полягав у тому, щоб серед безлічі можливих і, ймовірно, корисних експериментів зуміти вибрати той, який є найбільш нагальним в даний момент, і проводити нею, використовуючи найпростішу апаратуру».

Незважаючи на свою хворобу, Б. продовжував керувати інститутом в Гейдельберзі. Його хвороба завдавала йому масу страждань і заважала повною мірою насолодитися прийшла славою.

Б. одружився у 1920 р. на москвичці Варварі Бєлової, у них було двоє дітей. Відомий своєю працездатністю, Б. був суворий в лабораторії, але сердечен і гостинний будинку. Він був обдарованим художником, який писав як маслом, так і аквареллю, і пристрасним піаністом, який особливо любив грати Баха і Бетховена. Він помер у Гейдельберзі 8 лютого 1957 р.

Крім Нобелівської премії, Б. був нагороджений медаллю Макса Планка Німецького фізичного товариства і Великим хрестом ордена «За федеральну службу» уряду ФРН. У 1952 р. він став кавалером урядового ордена «За заслуги в науці і мистецтві». Він був членом академій наук Гейдельберга і Геттінгена, а також Саксонської академії наук в Лейпцигу.