Bethe, un físico esencial para el desarrollo de la ciencia

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

Por ceñirnos a la física, cualquier persona con un mínimo de curiosidad científica ha oido hablar de la relatividad, la mecánica cuántica o la energía nuclear: y, debido a ello, los nombres de Einstein, Heisenberg o Fermi nos resultan familiares. En algunos casos, es la personalidad del científico la que lo hace particularmente llamativo, como ocurre con Feynman. Sin embargo, pocas personas fuera del ámbito de la física han oido hablar de Hans Bethe; y ello a pesar de que le debemos, entre otros logros menos espectaculares, importantísimos detalles del funcionamiento del Sol... nada menos.

Hay pocas dudas del papel decisivo de Bethe en los cálculos de las reacciones nucleares

Hans Bethe nació en Estrasburgo, en 1906, cuando esta ciudad era parte del Imperio Alemán. Despues de hacer, en 1928, su doctorado en Munich, abandonó Alemania -como tantos otros científicos- al acceder Hitler al poder, instalándose en los Estados Unidos, en la Universidad de Cornell. Como otros científicos alemanes o de paises aliados de Alemania, que habían huido del nazismo, Bethe participó en el Proyecto Manhattan (la bomba atómica norteamericana), en el que dirigió el grupo de calculos teóricos, un conjunto muy selecto de científicos que incluia a personas como Von Neuman o Feynman. Este último siguió ligado a Bethe durante bastante tiempo, reconociéndole como su mentor. Hay pocas dudas del papel decisivo que jugó Bethe en el éxito de los dificilísimos calculos que implicaba la física 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 cálculo.

Después de la guerra, Bethe pasó a ser un activista a favor del desarme y, en particular, del control nuclear, y también volvió a trabajar en física básica. Sus éxitos en la misma le granjearon el respeto de sus conciudadanos (y de hecho, de todo el mundo científico), llegando a ser presidente de la Sociedad Americana de Física, en 1954, y Premio Nobel en 1957, por su trabajo acerca de cómo el Sol produce su energía. A esta última cuestión volveremos más 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 cálculo que tenía en cuenta, a la vez, relatividad y mecánica cuántica (en 1932); y en 1947 hizo una estimación de lo que se conoce como el efecto Lamb: la primera vez que alguien conseguía obtener un resultado con sentido para un proceso en que intervenían relatividad y mecánica cuántica a orden superior. Para este cálculo era necesario combinar dos resultados infinitos para obtener un número final que era finito: y que, además, estaba de acuerdo con el experimento. Este tipo de calculos había derrotado a grandes teóricos como Heisenberg: el resultado de Bethe fue una importante indicación de la posibilidad de tales cancelaciones de infinitos. Esto es lo que se conoce como renormalización, y es algo básico para las teorías modernas de interacciones de partículas elementales. Y, por supuesto, tenemos su explicación, 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 cómo se realiza la fusión de núcleos de hidrógeno en el interior del Sol, hace falta considerar que, en estos procesos de fusión, el elemento carbono actua como catalizador.

Gracias a su longevidad (murió el año pasado), Bethe pudo tener la satisfacción de asistir a una espectacular comprobación de sus ideas sobre la producción de energía por las estrellas, comprobación realizada en primeros años del siglo actual gracias a las observaciones de neutrinos procedentes del centro del Sol. En efecto, la cuestión de los neutrinos solares, y con ella la del modelo de funcionamiento del interior del Sol, sólo se ha resuelto completamente en los últimos años, gracias al detector conocido como SNO (Sudbury Neutrino Observatory) en Canadá. De hecho, el detector de SNO es tan eficaz que nos permite recoger un número de neutrinos suficientemente grande como para que éstos 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 número de neutrinos producidos en el Sol resulta ser el que implican las reacciones nucleares que Bethe había calculado ya casi 70 años antes.

Francisco J. Ynduráin es catedrático de Física Teórica en la Universidad Autónoma de Madrid.