Bethe, un f¨ªsico esencial para el desarrollo de la ciencia

El 2 de julio se cumpli¨® el centenario del nacimiento de Hans Bethe. Hay una clase de cient¨ªficos esenciales para el desarrollo de la ciencia pero cuyos descubrimientos no son tan revolucionarios como para llegar a llamar la atenci¨®n de quienes no son profesionales. Lo cual no es sorprendente; descubrimientos revolucionarios hay pocos por siglo.

Por ce?irnos a la f¨ªsica, cualquier persona con un m¨ªnimo de curiosidad cient¨ªfica ha oido hablar de la relatividad, la mec¨¢nica cu¨¢ntica o la energ¨ªa nuclear: y, debido a ello, los nombres de Einstein, Heisenberg o Fermi nos resultan familiares. En algunos casos, es la personalidad del cient¨ªfico la que lo hace particularmente llamativo, como ocurre con Feynman. Sin embargo, pocas personas fuera del ¨¢mbito de la f¨ªsica han oido hablar de Hans Bethe; y ello a pesar de que le debemos, entre otros logros menos espectaculares, important¨ªsimos detalles del funcionamiento del Sol... nada menos.

Hay pocas dudas del papel decisivo de Bethe en los c¨¢lculos de las reacciones nucleares

Hans Bethe naci¨® en Estrasburgo, en 1906, cuando esta ciudad era parte del Imperio Alem¨¢n. Despues de hacer, en 1928, su doctorado en Munich, abandon¨® Alemania -como tantos otros cient¨ªficos- al acceder Hitler al poder, instal¨¢ndose en los Estados Unidos, en la Universidad de Cornell. Como otros cient¨ªficos alemanes o de paises aliados de Alemania, que hab¨ªan huido del nazismo, Bethe particip¨® en el Proyecto Manhattan (la bomba at¨®mica norteamericana), en el que dirigi¨® el grupo de calculos te¨®ricos, un conjunto muy selecto de cient¨ªficos que incluia a personas como Von Neuman o Feynman. Este ¨²ltimo sigui¨® ligado a Bethe durante bastante tiempo, reconoci¨¦ndole como su mentor. Hay pocas dudas del papel decisivo que jug¨® Bethe en el ¨¦xito de los dificil¨ªsimos calculos que implicaba la f¨ªsica de las reacciones nucleares. En el libro de Feynman, Surely you are joking, Mr. Feynman hay un entretenido relato de alguna de estas sesiones de c¨¢lculo.

Despu¨¦s de la guerra, Bethe pas¨® a ser un activista a favor del desarme y, en particular, del control nuclear, y tambi¨¦n volvi¨® a trabajar en f¨ªsica b¨¢sica. Sus ¨¦xitos en la misma le granjearon el respeto de sus conciudadanos (y de hecho, de todo el mundo cient¨ªfico), llegando a ser presidente de la Sociedad Americana de F¨ªsica, en 1954, y Premio Nobel en 1957, por su trabajo acerca de c¨®mo el Sol produce su energ¨ªa. A esta ¨²ltima cuesti¨®n volveremos m¨¢s adelante.

Aunque se ha dicho que Bethe no hizo descubrimientos revolucionarios, lo cierto es que le debemos algunas piezas maestras. Bethe fue uno de los primeros en realizar un c¨¢lculo que ten¨ªa en cuenta, a la vez, relatividad y mec¨¢nica cu¨¢ntica (en 1932); y en 1947 hizo una estimaci¨®n de lo que se conoce como el efecto Lamb: la primera vez que alguien consegu¨ªa obtener un resultado con sentido para un proceso en que interven¨ªan relatividad y mec¨¢nica cu¨¢ntica a orden superior. Para este c¨¢lculo era necesario combinar dos resultados infinitos para obtener un n¨²mero final que era finito: y que, adem¨¢s, estaba de acuerdo con el experimento. Este tipo de calculos hab¨ªa derrotado a grandes te¨®ricos como Heisenberg: el resultado de Bethe fue una importante indicaci¨®n de la posibilidad de tales cancelaciones de infinitos. Esto es lo que se conoce como renormalizaci¨®n, y es algo b¨¢sico para las teor¨ªas modernas de interacciones de part¨ªculas elementales. Y, por supuesto, tenemos su explicaci¨®n, en 1938, del mecanismo de las reacciones nucleares en el centro del Sol (o de cualquiera otra estrella) conocido como el ciclo del carbono. Bethe se dio cuenta de que, para entender c¨®mo se realiza la fusi¨®n de n¨²cleos de hidr¨®geno en el interior del Sol, hace falta considerar que, en estos procesos de fusi¨®n, el elemento carbono actua como catalizador.

Gracias a su longevidad (muri¨® el a?o pasado), Bethe pudo tener la satisfacci¨®n de asistir a una espectacular comprobaci¨®n de sus ideas sobre la producci¨®n de energ¨ªa por las estrellas, comprobaci¨®n realizada en primeros a?os del siglo actual gracias a las observaciones de neutrinos procedentes del centro del Sol. En efecto, la cuesti¨®n de los neutrinos solares, y con ella la del modelo de funcionamiento del interior del Sol, s¨®lo se ha resuelto completamente en los ¨²ltimos a?os, gracias al detector conocido como SNO (Sudbury Neutrino Observatory) en Canad¨¢. De hecho, el detector de SNO es tan eficaz que nos permite recoger un n¨²mero de neutrinos suficientemente grande como para que ¨¦stos formen una imagen del centro del sol, igual que la luz nos proporciona una imagen de su superficie.

Las conclusiones de las observaciones de SNO son concluyentes: el n¨²mero de neutrinos producidos en el Sol resulta ser el que implican las reacciones nucleares que Bethe hab¨ªa calculado ya casi 70 a?os antes.

Francisco J. Yndur¨¢in es catedr¨¢tico de F¨ªsica Te¨®rica en la Universidad Aut¨®noma de Madrid.