Hans Bethe : L'homme qui a expliqué la lumière du soleil

En 1938, un réfugié de trente-deux ans travaillant à Cornell a découvert d'où vient la lumière des étoiles. Le cycle CNO —le carbone catalysant la fusion de l'hydrogène en hélium— a permis d'établir la source d'énergie primaire des étoiles plus massives de la séquence principale et lui a finalement valu un prix Nobel. Quatre ans plus tard, ce même homme se trouvait dans le désert du Nouveau-Mexique, à la tête de la division chargée de calculer l'ampleur des destructions qu'une bombe atomique infligerait à une ville. Hans Bethe a passé le reste de sa très longue vie à essayer de reprendre le contrôle de cette seconde découverte.

De Strasbourg à Sommerfeld

Il est né le 2 juillet 1906 à Strasbourg, alors partie de l'Alsace-Lorraine allemande, de Anna Kuhn et Albrecht Bethe, professeur de physiologie. Il entra à l'Université de Francfort en 1924 et obtint son doctorat à Munich en 1928 sous la direction d'Arnold Sommerfeld, le plus grand directeur de thèse en physique théorique de l'époque, avec une thèse sur la théorie de la diffraction des électrons dans les cristaux. La productivité commença immédiatement et ne s'arrêta jamais vraiment : la formule de Bethe sur la perte d'énergie des particules chargées traversant la matière en 1930, l'ansatz de Bethe —une méthode pour trouver des solutions exactes aux modèles quantiques à N-corps qui reste centrale en physique mathématique— en 1931.

En 1933, il fut renvoyé de l'Université de Tübingen en raison de ses origines juives. Il partit pour l'Angleterre, puis en 1935 à l'Université Cornell à Ithaca, dans l'État de New York, pour un salaire de 3 000 dollars. Il y est resté soixante-dix ans. Il épousa Rose Ewald le 13 septembre 1939, devint citoyen américain en 1941, et écrivit plus tard à Sommerfeld : "Je me sens beaucoup plus chez moi en Amérique que je ne l'ai jamais été en Allemagne. Comme si je n'étais né en Allemagne que par erreur, et que je n'étais arrivé dans ma véritable patrie qu'à l'âge de 28 ans."

Pourquoi les étoiles brillent

La nucléosynthèse stellaire était le problème de la décennie, et Bethe en a résolu la partie la plus difficile. Son explication du cycle carbone-azote-oxygène a détaillé comment les étoiles massives convertissent la masse en rayonnement, et par extension pourquoi le ciel est rempli de lumière plutôt que de cendres. Cela a été reconnu par le prix Nobel de physique en 1967, près de trente ans après les faits.

Los Alamos

De 1942 à 1945, Bethe a dirigé la Division Théorique à Los Alamos, le groupe responsable de la transformation de la physique en armement. Son équipe a calculé la masse critique de l'uranium 235, a développé la théorie de la bombe à implosion et a travaillé sur les initiateurs de neutrons et la propagation du rayonnement. Avec Richard Feynman, il a conçu la formule de Bethe-Feynman pour estimer le rendement explosif d'une arme à fission. Sa justification était celle qu'utilisaient la plupart de ses collègues, et il ne l'a jamais enjolivée : "La bombe à fission devait être faite, parce que les Allemands la faisaient probablement."

La bombe à hydrogène était différente, et il ne s'est jamais senti à l'aise avec elle. En 1968, il a décrit son propre raisonnement avec une franchise inhabituelle : "Si je ne travaillais pas sur la bombe, quelqu'un d'autre le ferait — et je pensais que si je restais à Los Alamos, je pourrais encore être une force en faveur du désarmement." À la question de savoir qui était le père de l'engin, il a donné la réponse définitive : "Ulam est le père, car il a fourni la graine, et Teller est la mère, car il est resté avec l'enfant. Quant à moi, je suppose que je suis la sage-femme."

Douze équations

En 1947 est arrivé le calcul que ses collègues décrivent encore avec une forme d'admiration. Des expérimentateurs avaient découvert une infime anomalie dans les niveaux d'énergie de l'hydrogène —le décalage de Lamb— que la théorie existante ne pouvait expliquer. Bethe l'a calculé dans un article de trois pages contenant douze équations mathématiques, montrant que les infinis qui tourmentaient l'électrodynamique quantique pouvaient être gérés et que la théorie était fondamentalement solide. Feynman l'a qualifié de "découverte la plus importante de l'histoire de la théorie de l'électrodynamique quantique". Paul Dirac l'a appelé "le calcul le plus important en physique depuis des décennies". L'électrodynamique quantique moderne, la théorie la plus précisément testée de la science, commence là.

Le long débat

Après avoir aidé à construire les armes, Bethe a passé cinq décennies à lutter contre elles. Il a fait campagne contre les essais nucléaires avec Albert Einstein par le biais du Comité d'urgence des scientifiques atomiques et a travaillé avec les administrations américaines successives, contribuant à l'adoption du traité d'interdiction partielle des essais nucléaires de 1963 et du traité sur les missiles antibalistiques de 1972. C'était un activisme typiquement Bethe : technique, patient, mené par des notes de comité et des calculs de rendement plutôt que par des manifestes, et efficace précisément pour cette raison. Il est resté à Cornell en tant que professeur de physique John Wendell Anderson, publiant des travaux jusqu'à ses quatre-vingt-dix ans passés.

Pourquoi Hans est qualifié de génie

La qualité spécifique ici est la capacité à résoudre des problèmes à une échelle industrielle : la faculté de prendre une situation physique que personne n'avait réduite à des chiffres —une étoile, une onde de choc, une raie spectrale anormale— et de produire le résultat. Son étudiant en doctorat Freeman Dyson l'a qualifié de "plus grand résolveur de problèmes du XXe siècle". L'article sur le décalage de Lamb en est la preuve : trois pages, douze équations, le sauvetage de l'électrodynamique quantique, et deux des physiciens les plus éminents de son vivant le qualifiant de calcul le plus important depuis des décennies. Très peu de personnes ont contribué au plus haut niveau à la physique de la matière condensée, à la théorie des réactions nucléaires, à l'astrophysique, à la conception d'armes et à la théorie quantique des champs ; Bethe a fait les cinq.

Le contre-argument honnête est que Bethe n'était pas un révolutionnaire. Il n'a fondé aucun cadre et n'a renversé aucune vision du monde ; il a travaillé à l'intérieur de la mécanique quantique telle que Born et Heisenberg l'avaient laissée et à l'intérieur de l'électrodynamique quantique telle que Dirac l'avait laissée, et ses réalisations marquantes sont des calculs dans le cadre des théories d'autres personnes, aussi brillants soient-ils. Les sceptiques d'un autre genre pointent du doigt le bilan moral : il a fait fonctionner la bombe, puis a passé cinquante ans à faire du lobbying contre ses conséquences, et sa propre explication —que quelqu'un d'autre l'aurait fait de toute façon, et qu'il pourrait être une force de désarmement de l'intérieur— est la défense standard de tout scientifique des armes qui a voulu jouer sur les deux tableaux. Bethe le savait. Son refus de paternité pour la bombe H, et son insistance sur le mot "sage-femme", ressemble à la réflexion d'un homme qui fait ses propres comptes.

Héritage

Les honneurs se sont accumulés pendant six décennies : la médaille Henry Draper en 1947, membre étranger de la Royal Society en 1957, la médaille Franklin en 1959, la médaille Eddington et le prix Enrico Fermi en 1961, le prix Rumford en 1963, le prix Nobel en 1967, la médaille nationale des sciences en 1975, la médaille d'or Lomonosov en 1989, la médaille Oersted en 1993, la médaille Bruce en 2001, et la médaille Benjamin Franklin à titre posthume en 2005. Il est décédé à Ithaca le 6 mars 2005, à l'âge de quatre-vingt-dix-huit ans, ayant survécu à presque toutes les personnes avec lesquelles il avait travaillé et ayant expliqué, en cours de route, pourquoi il y a de la lumière du jour.