Боте, Вальтер

Вальтер Вільгельм Георг Боте ( ньому. Walther Wilhelm Georg Bothe ; 8 січня 1891, Ораниенбург - 8 лютого 1957, Гейдельберг) - німецький фізик, лауреат Нобелівської премії з фізики за 1954 рік. Зробив значний внесок у ядерну фізику.


1. Біографія

1.1. Дитинство і юність 1891-1920

Боте народився в сім'ї годинникаря Фрідріха Боте та швачки Шарлоти Боте, уродженої Хартунг. Дитинство провів у Оранієнбург. Відрізнявся гострим розумом і строгим логічним мисленням, володів здібностями до музики і живопису.

В 1908 закінчив курси підготовки до університету у вищій реальній школі в Берліні. Після цього він вивчав з 1908 р. по 1913 р. фізику, математику, хімію і музику в Берлінському університеті. Кошти на навчання заробляв в основному сам шляхом репетиторства, випадкових заробітків і стипендій.

У 1913 здає держіспит на викладацьку діяльність і після цього працює деякий час у берлінської вищої сільськогосподарської школи. Незабаром після цього він стає допоміжним науковим співробітником в імперському фізико-технічному закладі. Там він працює в лабораторії радіоактивності заснованої недавно Хансом Гейгером. В 1924 р. він захищає під керівництвом Макса Планка дисертацію на здобуття ступеня доктора філософії (еквівалентно кандидатові наук). Тема дисертації - "Про молекулярної теорії заломлення, відбивання, розсіювання і поглинання". Під час першої світової війни Боте потрапляє в російський полон, з якого повертається тільки в 1920 р. Під час полону брав участь у будівництві сірникової та содової фабрик. Крім того займався математикою і вивченням російської мови.

8 липня 1920 одружується в Москві на Варварі Бєлової. Вони познайомилися ще до війни в Берліні і постійно обмінювалися з тих пір листами. Пізніше у них народяться дві дочки.


1.2. Роки роботи після першої світової війни 1920-1932

Після повернення з полону Боте продовжив працювати під керівництвом Гейгера і в 1925 р. став керівником лабораторії радіоактивності в імперському фізико-технічному закладі. На цій посаді він залишався до 1930 р. Працюючи під керівництвом Гейгера він отримав дуже великі експериментальні навички та теоретичні знання в галузі ядерної фізики. Разом з Гейгером вони приступили в 1924 р. до дослідження ефекту Комптона і розробили метод cовпаденій.

У розвитку квантової механіки певним етапом була опублікована в 1924 р. робота Нільса Бора, Хендріка Антоні Крамерса і Джона Кларка Слетер " Квантова теорія випромінювання ". В цій роботі робилося припущення про те, що на атомних масштабах закони збереження енергії та імпульсу виконуються тільки статистично. Однак експерименти Гейгера і Боте, а також Артура Холі Комптона і Альфреда Сміта, показали, що закони збереження виконуються також і в окремих атомних процесах. Таким чином була спростована теорія випромінювання Бора, Крамерса і Слатер і пропоноване в них тільки статистичне виконання законів збереження.

В 1925 Боте захистив дисертацію на здобуття ступеня доктора наук, знову під керівництвом Планка, в Берлінському університеті. Тема дисертації була "Про елементарному процесі фотоелектричного випускання електрона". З берлінського періоду відома наступна історія - коли Отто Фріш, племінник Лізи Майтнер, проходив по коридору мимо лабораторії Боте, він насвистував свою версію бранденбургського концерту Баха, ніж змушував Боте збиватися з рахунку альфа-частинок і витрачати багато часу на повторні експерименти.

Арнольд Зоммерфельд так характеризував Боте в одному своєму листі:

Боте, з фізико-технічного закладу в Шарлоттенбурге. Надзвичайно оригінальна голова і чудовий експериментатор. Провів спільно з Гейгером знамениті прецизійні експерименти, і після відходу Гейгера з великим успіхом продовжував самостійні дослідження. Відносно його здатності до викладання, яке він ще не мав можливості випробувати, інформації не маю.

В 1929 р. Боте стає пріватдоцентом і в 1930 р професором і директором інституту фізики в Гіссенском університеті. Він був першим, хто включив у свій курс лекцій квантову механіку. У тому ж році він відкрив збуджений стан атомного ядра.


1.3. Робота під час нацизму 1932-1945

Stuttgart 1935

У травні 1930 р. в Гейдельберзі був відкритий Інститут медичних досліджень Товариства кайзера Вільгельма. Директор інституту прагнув залучити вчених з інших наукових дисциплін для своїх досліджень системи кровообігу. Для цього в інституті були утворені чотири рівноправних напрямки: патологія, фізіологія, фізика та хімія. З історичних причин основна область досліджень інституту в кінці 30-х років змістилася в напрямках хімії та фізики, які були представлені Ріхардом Куном і Вальтером Боте відповідно.

В 1932 р. Боте перейшов в Гейдельберзький університет і змінив там Філіпа Ленарда. Внаслідок трапилася в 1933 р. передачі влади нацистам він відмовився від керівництва інститутом. В 1934 р. він став на чолі інституту фізики в інституті медичних досліджень товариства ім. Кайзера Вільгельма (сьогодні інститут ядерної фізики товариства Макса Планка) і залишався в цій позиції до 1957 р. - з 1934 по 1945 рр.. в якості співпрацює професора.

Боте був не дуже зацікавлений у медичних дослідженнях. З цієї причини він залучив у 1943 р. до біологічних дослідів (насамперед над тваринами) доктора Герхарда Шуберта, який до того спостерігав персонал, що працює на паризькому циклотроні.

У спілкуванні Боте дотримувався панського тони, причому при спілкуванні в аспірантами та студентами межував з фельдфебельським. Навіть з колегами він звертався іноді нестримано. Витоки цього лежали ймовірно у військовій атмосфері, яка була характерна для імперського фізико-технічного закладу. Крім того його поведінка відповідала планковской школі. Ліза Майтнер писала з цього приводу: "він ніколи не робив або уникав робити чого-небудь тільки тому що це могло принести йому користь чи шкоду. Якщо він сприймав небудь у якості правильного, то він робив це без оглядки на власну персону". Після 1942 р. Боте повертається до своїх фундаментальним дослідженням. Він працює серед іншого над контрольованим розподілом ядра і ланцюговими реакціями. В цей час будується перший німецький циклотрон, який Боте сконструював спільно зі своїм асистентом Вольфгангом Гентнер.

Мало відомим фактом є той випадок, коли Боте провів експеримент з виявлення властивостей графіту відповідальних за уповільнення нейтронів. На той час було відомо, що уповільнення нейтронів необхідно для порушення ланцюгової реакції в ізотопі урану U235 і німці шукали підходящий для цього матеріал. В якості варіантів розглядалися дешевий графіт і вкрай дорогою для виробництва оксид дейтерію (важка вода). Боте зробив помилку в експерименті, яка спричинила величезні наслідки для німецької програми розробки атомної зброї. Зокрема Боте визнав графіт непридатним матеріалом для організації процесу уповільнення нейтронів. Це до того часу вже було спростовано італійським фізиком Енріко Фермі, працюючим над ядерною зброєю в США. Боте нічого не знав про дослідженнях Фермі, так як вони були засекречені. Існують спекуляції, що Боте спеціально провів невдалий експеримент що-б повести німецьку атомну програму в неправильному напрямку. У будь-якому випадку у німців не залишилося вибору окрім як використовувати важку воду, єдиний завод в світі по виробництву якої в Норвегії піддавався нападам з боку США і Британії починаючи з 1942 року.


1.4. Робота після війни 1945-1957

У 1946 р. Боте повернувся на місце директора інституту фізики в інституті медичних досліджень товариства ім. Макса Планка в Гейдельберзі. Він розраховував, що зможе працювати там тільки з небагатьма висококваліфікованими студентами та асистентами. На цей час припадають три важливих наукових проекту: відновлення циклотрона, розвиток ядерної спектроскопії і дослідження космічних променів. У 50-х і 60-х роках роботи Боте і співробітників набували все більшого міжнародний вплив. Боте був одним з підписали 11 липня 1953 заклик до правителів держав світу відмовитися від насильства як засобу політичної боротьби.

У міру старіння Боте все більш сильно хворів. Прогресуюче звуження судин змусило ампутувати одну ногу. Після цієї операції він так ніколи більше не оговтався.

Вальтер Боте був першопрохідцем в області сучасної ядерної фізики і фізики елементарних частинок. Він залишив значний слід в історії фізики XX сторіччя.


2. Наукові праці

2.1. Метод збігів і космічне випромінювання

Саме Вальтер Боте спільно зі своїм співробітником Вернером Кольхерстером довели за допомогою методу збігів існування проникаючого космічного випромінювання, яке було відкрито в 1912 р. в експериментах Віктора Гесса на повітряній кулі.

У 1929 р. Боте і Кольхерстер розробили спеціальний метод, при якому показання двох роздільних лічильників Гейгера реєструвалися тільки тоді, коли вони відбувалися в певній часовій послідовності. Такий підрахунок збігів дозволив простежити шлях частинки через лічильники.


2.2. Відкриття нейтрона

Боте і його студент Герберт Бекер були перші, хто займався відкриттям нейтрона. У 1930 р. вони описали незвичайний тип " гамма-променів ", який виникав при опроміненні берилію альфа-частинками, що виникають при розпад полонію. Цей експеримент вони проводили з метою перевірки теорії Ернеста Резерфорда і щоб з'ясувати, випромінюються чи при цьому високоенергетичні частинки.

Боте займався фундаментальними властивостями структури атома. Так як він практично не цікавився медичними дослідженнями, то пропозиція про роботу в Гейдельберзі слід розглядати, як спробу утримати від еміграції провідного німецького фізика-експериментатора. У 30-х роках він разом із співробітниками був одним з перших учених, які спостерігали ефект " ядерного фотоефекту "(взаємодія атомного ядра з фотонами), провели ядерно-спектроскопічні дослідження і справили штучні ізотопи.


2.3. Співпраця з Вольфгангом Гентер

В кінці 1935 р., після закінчення навчання в Парижі, Вольфганг Гентер приїхав для продовження навчання до Вальтера Боте в Гейдельберг. Боте займався в той момент дослідженнями про проходження жорсткого гамма-випромінювання крізь матерію і прийшов до тих же результатів що і Гентер. Гентер продовжив свої паризькі дослідження спільно з Боте. При спробі досліджувати залежність ядерного фотоефекту у берилію від енергії стало ясно, що енергія гамма-випромінювання була дуже мала в порівнянні з енергією зв'язку нейтрона в ядрі і що для продовження досліджень необхідні гамма-промені з набагато більшою енергією і набагато більшої інтенсивності. Боте і Гентер вирішили побудувати генератор Ван-Дер-Графа. Гентер побудував такий прилад, в якому були присутні головні риси сучасних прискорювачів, за неймовірно короткий час. Вже в листопаді 1936 р. була виміряна функція збудження до енергій 500 кеВ

{} ^ {11} \ mathrm B + {} ^ {1} _ {+1} \ mathrm p \ to {} ^ {12} _6 \ mathrm C + \ mathrm {Gamma}

і влітку 1937 р. були готові дані про ядерний фотоефекті при опроміненні 17 Мев гамма-випромінюванням 7 Li (p, gamma) багатьох середньо-тяжких та тяжких ядер. Також за допомогою Вольфганга Гентера вдалося отримати штучну радіоактивність.


2.4. Циклотрон

Після припинення військових дій між Німеччиною і Францією влітку 1940 р., Боте і Гентер отримали завдання проінспектувати паризький циклотрон, який будував Жоліо. У 1940 р. Боте і Гентер були в паризькому інституті і встановили, що через недоліки високочастотної установки циклотрон був все-ще в неробочому стані. Боте отримав завдання побудувати в Гейдельберзі циклотрон і вже в 1941 р. йому вдалося забезпечити майже всі для цього необхідне. У березні 1943 р. нарешті був доставлений магніт і восени того ж року циклотрон був прийнятий в експлуатацію. В обличчя Альберту Шпеєр Боте заявив, що циклотрон буде використовуватися тільки в медичних та біологічних цілях.


2.5. Робота в урановому проекті

Вальтер Боте був одним з провідних фізиків-експериментаторів Німеччині 20-х - 50-х років. Причини, з яких Боте приєднався до уранового проекту, були різноманітні. Він був противником нацистського режиму, особливо після відходу з університету в 1933 р. Незважаючи на це він подав заявку на участь у військовому проекті з патріотичних спонукань. Ні пояснень, ні вибачень він після війни не робив. З патріотичних, частково націоналістичних переконань він приступив у 1940 р. до вимірювання перерізу розсіювання нейтронів на вуглеці для військового збройового відомства (Heereswaffenamt).


2.6. Місія ALSOS

В рамках місії ALSOS в середині 1945 р. в Гейдельберг прибули американські уповноважені - там знаходився єдиний німецький циклотрон. Заняття інституту медичних досліджень відбулося без ускладнень. Боте був допитаний і його роботи були конфісковані. Однак Боте повідомив Гудсміту, що згідно вказівкам влади він спалив усі свої секретні звіти. До оголошення капітуляції Боте відмовлявся давати свідчення, але незважаючи на це він, на відміну від інших учасників уранового проекту, не був інтернований в Англії. Зрештою Боте передав усі документи, що залишилися ALSOS, хоча і нічого не сказав про секретні дослідженнях у своєму інституті.


2.7. Після війни

Під час окупації Боте, спільно з Флюгге, підготував у рамках проекту "Field Information Allied Technical (FIAT) reports" книгу про ядерній фізиці і космічних променях.

У Німеччині другої половини 40-х років головною турботою було знайти їжу і дах над головою, тому Боте коштувало великих зусиль зберегти свою групу і проводити серйозні дослідження. Хоча йому було заборонено працювати в галузі ядерної фізики, Боте був призначений директором інституту фізики Гейдельберзького університету. Він використовував цей пост щоб зберегти свою групу і модернізувати і підтримувати інститут.

З травня 1946 р. до своєї смерті Боте очолював фізичний інститут товариства ім. Макса Планка (раніше відомого як товариство ім. Кайзера Вільгельма) в Гейдельберзькому університеті.

У 1948 р. професор Вальтер Боте зміг знову привести в дію гейдельбергский циклотрон. Він проводив, разом зі своїми студентами, експерименти з ядерної фізики та готував радіоактивні препарати для сусідньої клініки.

Інтерес до Гейдельберзьким роботам ріс. Вольфганг Паулі, який по закінченні війни тримався далеко від Німеччини, таки приїхав в Гейдельберг на 60-річчя Боте. Незабаром також Бете, Гамов, Марія Майєр, Нордхайм, Рабі, Вайскопф, Вігнер та багато інших видатні вчені відвідували Гейдельберг.

29 лютого 1952 сформувалася комісія з атомної фізики німецького фізичного товариства, яка очолювалася Гейзенбергом і в яку входив і Боте.

У наступні роки Боте присвятив себе дослідженням у галузі ядерної фізики і застосуванню штучної радіоактивності. Однак через хворобу він був змушений поступово відходити від дослідницької роботи.


3. Нагороди

"За метод збігів для виявлення космічних променів і зроблені в зв'язку з цим відкриття ". По причині поганого здоров'я Боте був не в змозі поїхати в Стокгольм. За бажанням Боте премію отримала його дочка Олена Рідель. У 1956 р. Боте став почесним доктором Гіссенского університету. У 1993 р. вулиця Ернста Тельмана була перейменована у вулицю Вальтера Боте.

  • Боте був членом саксонської академії наук у Лейпцигу