Hans Bethe: L'uomo che ha spiegato la luce del sole

Nel 1938, un rifugiato di trentadue anni alla Cornell ha scoperto da dove proviene la luce delle stelle. Il ciclo CNO — il carbonio che catalizza la fusione dell'idrogeno in elio — ha determinato la fonte di energia primaria delle stelle più massicce sulla sequenza principale e gli è valso infine un premio Nobel. Quattro anni dopo, lo stesso uomo si trovava nel deserto del Nuovo Messico, a dirigere la divisione che ha calcolato quanto di una città una bomba atomica avrebbe distrutto. Hans Bethe ha trascorso il resto della sua lunghissima vita cercando di riprendere il controllo sulla seconda scoperta.

Da Strasburgo a Sommerfeld

È nato il 2 luglio 1906 a Strasburgo, allora parte dell'Alsazia-Lorena tedesca, da Anna Kuhn e Albrecht Bethe, professore di fisiologia. È entrato all'Università di Francoforte nel 1924 e ha conseguito il dottorato a Monaco nel 1928 sotto Arnold Sommerfeld, il più grande supervisore di fisici teorici dell'epoca, con una tesi sulla teoria della diffrazione degli elettroni nei cristalli. La produttività è iniziata subito e non si è mai fermata davvero: la formula di Bethe per la perdita di energia delle particelle cariche che attraversano la materia nel 1930, l'ansatz di Bethe — un metodo per trovare soluzioni esatte di modelli quantistici a molti corpi che rimane centrale nella fisica matematica — nel 1931.

Nel 1933 è stato licenziato dall'Università di Tubinga a causa delle sue origini ebraiche. È andato in Inghilterra e nel 1935 all'Università Cornell a Ithaca, New York, con uno stipendio di 3.000 dollari. Vi è rimasto per settant'anni. Ha sposato Rose Ewald il 13 settembre 1939, è diventato cittadino americano nel 1941 e in seguito ha scritto a Sommerfeld: "Mi sento molto più a casa in America di quanto non lo sia mai stato in Germania. Come se fossi nato in Germania solo per errore, e fossi arrivato nella mia vera patria solo a 28 anni".

Perché le stelle brillano

La nucleosintesi stellare era il problema del decennio e Bethe ne ha risolto la parte difficile. Il suo resoconto del ciclo carbonio-azoto-ossigeno ha spiegato come le stelle massicce convertono la massa in radiazione e, per estensione, perché il cielo è pieno di luce anziché di cenere. È stato riconosciuto con il Premio Nobel per la Fisica nel 1967, quasi trent'anni dopo il fatto.

Los Alamos

Dal 1942 al 1945 Bethe ha diretto la Divisione Teorica a Los Alamos, il gruppo responsabile della trasformazione della fisica in ordigni. Il suo team ha calcolato la massa critica dell'uranio-235, sviluppato la teoria della bomba a implosione e lavorato sugli iniziatori di neutroni e sulla propagazione della radiazione. Con Richard Feynman ha ideato la formula di Bethe-Feynman per stimare la resa esplosiva di un'arma a fissione. La sua giustificazione era quella che la maggior parte dei suoi colleghi usava, e non l'ha mai abbellita: "La bomba a fissione doveva essere fatta, perché i tedeschi presumibilmente la stavano facendo".

La bomba a idrogeno era diversa e non si è mai sentito a suo agio al riguardo. Nel 1968 ha descritto il proprio ragionamento con insolita franchezza: "Se non avessi lavorato alla bomba, qualcun altro lo avrebbe fatto — e ho pensato che se fossi rimasto a Los Alamos avrei potuto essere ancora una forza a favore del disarmo". Quando gli hanno chiesto chi fosse il padre della cosa, ha dato la risposta definitiva: "Ulam è il padre, perché ha fornito il seme, e Teller è la madre, perché è rimasto con il bambino. Quanto a me, suppongo di essere l'ostetrica".

Dodici equazioni

Poi, nel 1947, è arrivato il calcolo che i colleghi descrivono ancora con qualcosa di simile al timore reverenziale. Gli sperimentatori avevano trovato una minuscola anomalia nei livelli energetici dell'idrogeno — il Lamb shift — che la teoria esistente non poteva accogliere. Bethe l'ha calcolato in un articolo di tre pagine contenente dodici equazioni matematiche, dimostrando che gli infiniti che affliggevano l'elettrodinamica quantistica potevano essere gestiti e che la teoria era fondamentalmente solida. Feynman l'ha definita "la scoperta più importante nella storia della teoria dell'elettrodinamica quantistica". Paul Dirac l'ha chiamata "il calcolo più importante in fisica da decenni". La moderna QED, la teoria testata con maggiore precisione nella scienza, inizia lì.

Il lungo dibattito

Dopo aver contribuito a costruire le armi, Bethe ha trascorso cinque decenni a combatterle. Ha fatto campagna contro i test nucleari con Albert Einstein attraverso l'Emergency Committee of Atomic Scientists e ha lavorato con le successive amministrazioni americane, contribuendo a far approvare il Trattato sulla messa al bando parziale degli esperimenti nucleari del 1963 e il Trattato anti-missili balistici del 1972. È stato un tipo di attivismo peculiare di Bethe — tecnico, paziente, condotto attraverso documenti di commissioni e calcoli di resa piuttosto che manifesti, ed efficace proprio per questo motivo. È rimasto alla Cornell per tutto il tempo come John Wendell Anderson Professor of Physics, pubblicando fino ai novant'anni.

Perché Hans è chiamato genio

La qualità specifica qui è la capacità di risoluzione dei problemi su scala industriale: la capacità di prendere una situazione fisica che nessuno aveva ridotto a numeri — una stella, un'onda d'urto, una riga spettrale anomala — e produrre il numero. Il suo studente di dottorato Freeman Dyson lo ha chiamato "il supremo risolutore di problemi del XX secolo". L'articolo sul Lamb shift è il pezzo forte: tre pagine, dodici equazioni, il salvataggio dell'elettrodinamica quantistica e due dei più eminenti fisici viventi che lo definiscono il calcolo più importante da decenni. Pochissime persone hanno contribuito ai massimi livelli alla fisica dello stato solido, alla teoria delle reazioni nucleari, all'astrofisica, alla progettazione di armi e alla teoria quantistica dei campi; Bethe ha fatto tutte e cinque.

Il controargomento onesto è che Bethe non era un rivoluzionario. Non ha fondato alcun quadro teorico e non ha ribaltato alcuna visione del mondo; ha lavorato all'interno della meccanica quantistica come Born e Heisenberg l'avevano lasciata e all'interno dell'elettrodinamica quantistica come Dirac l'aveva lasciata, e i suoi successi distintivi sono calcoli all'interno delle teorie di altre persone, per quanto brillanti siano. Gli scettici di altro tipo indicano il bilancio morale: ha fatto funzionare la bomba e poi ha passato cinquant'anni a fare pressione contro le sue conseguenze, e la sua stessa spiegazione — che qualcun altro l'avrebbe fatto comunque, e che avrebbe potuto essere una forza per il disarmo dall'interno — è la difesa standard di ogni scienziato delle armi che abbia mai voluto i due lati della medaglia. Bethe lo sapeva. Il suo rifiuto della paternità della bomba H, e la sua insistenza sulla parola "ostetrica", si legge come quella di un uomo che tiene i propri conti.

Eredità

Gli onori si sono accumulati nel corso di sei decenni: la Henry Draper Medal nel 1947, membro straniero della Royal Society nel 1957, la Franklin Medal nel 1959, la Eddington Medal e l'Enrico Fermi Award nel 1961, il Rumford Prize nel 1963, il Premio Nobel nel 1967, la National Medal of Science nel 1975, la Lomonosov Gold Medal nel 1989, la Oersted Medal nel 1993, la Bruce Medal nel 2001 e la Benjamin Franklin Medal postuma nel 2005. È morto a Ithaca il 6 marzo 2005, all'età di novantotto anni, essendo sopravvissuto a quasi tutti coloro con cui ha lavorato e avendo spiegato, lungo la strada, perché esiste la luce del giorno.