Физика

Нобелевские лауреаты: Вальтер Боте. Совпадение? Думаю!

От сибирской ссылки до ядерного оружия

Wikimedia Commons

Война и плен, любовь к девушке из вражеской страны, счастливое воссоединение, работа на нацистов и частичное противостояние им, невольная помощь французским коллегам (а равно и Сопротивлению), треть века ожидания Нобелевской премии… Обо всем этом, а также о научных достижениях нобелевского лауреата Вальтере Боте читайте в рубрике «Как получить Нобелевку».

Вальтер Вильгельм Георг Боте

Родился 8 января 1891 года. Ораниенбург, Германская империя

Умер 8 февраля 1957 года, Гейдельберг, ФРГ

Нобелевская премия по физике 1954 года (1/2 премии, вторую половину получил Макс Борн). Формулировка Нобелевского комитета: «За метод совпадений для обнаружения космических лучей и сделанные в связи с этим открытия».

Вальтер Боте родился в последнее десятилетие XIX века в семье торговца Фридриха Боте и его супруги, швеи Шарлотты Хартунг. Его семья была не очень обеспеченной. Юноша сделал выбор в пользу точных наук и поступил в Университет Фридриха Вильгельма в Берлине (сейчас это Университет Гумбольдта). Нужно сказать, что, скорее всего, выбор жизненного пути у одаренного молодого человека был непростым: помимо любопытства, острого ума и интереса к устройству мироздания, он был одарен и в живописи, и в музыке. Боте до конца жизни писал маслом и очень неплохо играл на фортепиано Баха и Бетховена.

Но университет окончательно повернул его в область точных наук: ведь тогда было самое прекрасное время, бурный расцвет новой физики. И один из ее творцов, Макс Планк, работал совсем рядом. В 1912 году Боте пришел к светилу мировой науки и сказал, что хочет делать научную работу под его руководством. Несколько удивленный Планк согласился и спросил, какую же тему хочет взять молодой человек? На что получил конкретный ответ: «теоретическое исследование преломления и отражения света отдельными атомами». Планк дал добро и всего дважды за шесть месяцев — но тщательно — проверил успехи нежданного ученика. После второй проверки Планк велел готовить диссертацию. Как говорится в биографии Боте на сайте Нобелевского комитета, «Планк стал наставником и другом Боте на всю жизнь».

В 1913 году случилось еще одно важное для немецкой науки и лично для Боте событие: от Резерфорда в Германию вернулся Ханс Гейгер, человек и счетчик, работа с которым в итоге и приведет ученого к Нобелевской премии. Первое, что сделал Гейгер, когда начал обустраивать лабораторию, — взял ассистентом Вальтера Боте.

Блестящие перспективы, чего тут скажешь. Но судьба любит вмешиваться – в возрасте около 20 лет Боте в Берлине знакомится с девушкой Варей, москвичкой Варварой Николаевной Беловой, на два года младше него.

Ханс Гейгер

Wikimedia Commons

Возникают чувства, переписка, которая (как и научная работа, и подготовка к защите диссертации) прерывается войной. Влюбленные находятся по разные стороны линии фронта. Боте идет на фронт добровольцем, в кавалерию, в 1915 году попадает в плен к русским, его отправляют в Красноярск, где он учит русский язык и занимается теоретической физикой, продолжая свою докторскую (и одновременно вычисляет собственную логарифмическую таблицу – других-то не было), строит спичечную и содовую фабрику в качестве бесплатной рабочей силы. Боте задерживается в России до 1920, находит Варю и приезжает с ней уже как с молодой женой (бракосочетание состоялось 8 июля 1920 года в Москве) совсем в другую страну: Германская и Российская империи за время его отсутствия канули в Лету. Варвара Боте стала верной женой, родила ему двух дочерей и умерла в 1951 году. Получается, Боте работал на Третий Рейх, занимался секретными вещами, и в это время у него была русская жена, которую никто не тронул.

Итак, 1920 год. Боте возвращается к Гейгеру, защищает свою диссертацию и работает уже научным сотрудником. И, экспериментируя с усовершенствованным игольчатым счетчиком Гейгера, в 1924 году разрабатывает метод совпадений, который сначала принес Нобелевскую премию сэру Артуру Комптону, а уже потом, ровно 30 лет спустя, и ему самому.

Комптон, продолжая изучать рассеяние гамма- и рентгеновских лучей на веществе, применил рентгеновский спектрометр Уильяма Брэгга и снова обнаружил странное: оказалось, рассеянное излучение было двух сортов. В одном случае длина волны рассеянного излучения совпадала с исходным, в другом — была больше. Увеличение длины волны было пропорционально углу рассеяния. При помощи классической физики это было не объяснить. Несмотря на то, что большинство физиков в то время считали, что рентгеновские лучи представляли собой исключительно электромагнитные волны, Комптон предположил: в данном случае они выступали как частицы. Действительно, если частица Х-лучей сталкивается с электроном, то она должна передать ему часть своей энергии, соответственно, ее энергия уменьшается, а значит, увеличивается длина волны.

Боте решил воспользоваться эффектом Комптона для проверки идеи Нильса Бора, касающейся корпускулярно-волнового дуализма. Комптон показал, что рентгеновское излучение, рентгеновский фотон взаимодействует с электроном как частица, что было непривычно и непонятно. А главное, требовало объяснения, изучения и описания.

Бор вместе с другими физиками (Джон Слейтер и Хендрик Крамере) предложили идею о том, что на атомном уровне при индивидуальных взаимодействиях частиц не должны сохраняться ни энергия, ни импульс, так как они сохраняются лишь в сумме многих индивидуальных взаимодействий.

Из эффекта Комптона следовало, что, если классические законы сохранения действуют на атомном уровне, то при столкновении должен получаться как рассеянный квант, так и «выбитый» электрон: энергия и импульс, отданные рентгеновским фотоном, должны переходить к электрону. С другой стороны, если справедлива предложенная статистическая интерпретация сохранения, то при каждом заданном столкновении должно быть лишь случайное соотношение между рассеиванием кванта и выбиванием электрона из атома.

И вот тут пригодился метод совпадений. В чем он заключался: два игольчатых счетчика Гейгера, заполненных водородом, располагались на пути Х-лучей так, что столкновения между квантами лучей и электронами атомов водорода происходили в первом счетчике. «Электроны отдачи», выбитые фотонами, регистрировались этим счетчиком, тогда как рассеянные кванты проходили во второй, где они выбивали значительно меньшее число электронов, регистрируемых вторым счетчиком. Электрические импульсы от обоих счетчиков Гейгера позволяли автоматически определять, совпадают ли сигналы во времени.

Оказалось, что одновременно оба счетчика слишком часто срабатывают, регистрируя и выбитый электрон, и рассеянный квант. Оказалось, что Бор ошибся, а законы сохранения работают и при взаимодействии отдельных элементарных частиц.

Вроде бы мелкая, частная задача, хотя и позволившая выяснить фундаментальные свойства микромира. Однако разработанный Боте метод сопадений оказался универсальным. Он работал и в ядерной физике, и в изучении космических лучей, и, наоборот, в изучении внутренних явлений, когда регистрацию некоего события нужно было отделить от, например, космических лучей (так называемый метод антисовпадений). Именно метод Боте показал, что космические лучи состоят из частиц, а не электромагнитного излучения.

Возможно, именно это заставило Нобелевский комитет так затянуть с премией Боте (его номинировали с 1934 года), который, помимо подтверждения открытия Комптона, ставшего решающим для получения им Нобелевской премии, еще и постоял у истоков открытия нейтрона. Конечно, сказалась и Вторая мировая война, о которой надо сказать особо.

Дело в том, что с одной стороны, Боте терпеть не мог партию Гитлера. С другой стороны, был патриотом и отчасти националистом. После перехода власти к Гитлеру, он ушел из Гейдельбергского университета, однако как только открылся прием заявок на участие в военном проекте, сразу же подал свою. Начав работы на атомном проекте, он совершил ошибку, которая стоила Германии атомной бомбы (Боте ошибочно – хотя вряд ли намеренно, как говорят – забраковал дешевый графит в качестве замедлителя нейтронов, а с тяжелой водой у немцев не очень ладилось). Когда его отправили проинспектировать захваченный циклотрон, который построил (но не запустил) Фредерик Жолио-Кюри во Франции, он с одной стороны, тщательно все изучал, с другой стороны, вместе с Вольфгангом Гентером убедил выпустить на свободу связанных с сопротивлением Поля Ланжевена и самого Жолио-Кюри. При этом после того, как циклотрон построили в Германии, Боте сумел сказать в лицо самому Шпееру, что циклотрон будет работать только в мирных медицинских целях.

И уж совсем нестандартно Боте повел себя, когда его институт захватили американцы, уже тогда искавшие атомные секреты Германии. Он честно сказал на допросе, что секретные документы он по приказу начальства сжег, а на вопросы будет отвечать только тогда, когда армия Третьего рейха капитулирует. И так и сделал. Сильно удивленные отпором ученого американцы даже не интернировали его, как многих физиков.

Видимо, именно поэтому Боте сумел достаточно быстро восстановить свою группу, запустить свой циклотрон и продолжить работу по созданию изотопов на нужды медицины. Он болел, ему пришлось ампутировать ногу. В 1951 году умерла его любимая Варвара. В Стокгольм он не смог приехать, премию получала его дочь – Елена Ридель. Этот человек прожил еще три года после премии и ушел вслед за любимой женщиной, успев сделать очень много за 66 лет жизни – даже наладить дружбу с немецкими физиками, которые бежали из Германии от нацистского режима.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.