Биография

Кроме Нобелевской премии, Б. был награжден медалью Макса Планка Германского физического общества и Большим крестом ордена «За федеральную службу» правительства ФРГ. В 1952 г. он стал кавалером правительственного ордена «За заслуги в науке и искусстве». Он был членом академий наук Гейдельберга и Геттингена, а также Саксонской академии наук в Лейпциге.

Сайт: Электронная библиотека НиТ

Немецкий физик Вальтер Вильгельм Георг Бою родился в Ораниенбурге.

Его отец, Фридрих Боте, был торговцем. В 1908 г. Б. поступил в Берлинский университет, где изучал физику, математику и химию. В 1914 г., работая под руководством Макса Планки. он получил докторскую степень за теоретическое исследование взаимодействия света с молекулами.

Во время первой мировой войны Б. служил в германской армии. В 1915 г. он был взят в плен русскими и отправлен в Сибирь, где изучал русский язык и сумел продолжить свои занятия теоретической физикой. Вернувшись в Германию в 1920 г., он стал работать под руководством Ханса Гейгера (изобретателя счетчика Гейгера) в радиационной лаборатории Государственного физико-технического института, где он недолго работал еще в 1913 г. (Позднее он считал, что именно Гейгер направил его усилия в сторону физики.) Одновременно с этим Б. преподавал физику в Берлинском университете.

В начале 20-х гг. Б. проводил экспериментальные и теоретические исследования отклонений альфа- и бета-частиц в веществе. Большая часть работ в этой области касалась единичных взаимодействий частиц с отдельными атомами. Однако Б. изучал гораздо более трудный случай, когда быстрая частица, пролетающая сквозь вещество, взаимодействует с большим числом атомов, причем каждый акт взаимодействия приводит к отклонению частицы, пропорциональному его силе. Так как при прохождении сквозь тело сильное однократное взаимодействие маловероятно, то полное отклонение частицы определяется в основном большим числом малых отклонений. Для решения этой задачи Б. разработал специальный статистический подход.

В течение первых двух десятилетий XX в. Макс Планк, Альберт Эйнштейн, Нильс Бор и другие создали квантовую теорию, основу для изучения атомных и субатомных систем. Эта теория, основанная на идее, что энергия передается дискретными порциями, или квантами, разрешила некоторые дилеммы классической физики, хотя взамен поставила собственные проблемы. Из квантовой теории с очевидностью вытекало, что свет, как и вообще электромагнитное поле, обладает характеристиками как волн, так и частиц – дуализм, который многие физики воспринимали с трудом. Эксперименты, проведенные в начале 20-х г., подтвердили идею о том, что объекты, которые очень долго считались волнами (такие, как свет), могут вести себя подобно частицам, тогда как те, что считались частицами (например, электрон), могут вести себя как волны. Одним из наиболее впечатляющих подтверждений этого явилось сделанное в 1923 г. Артуром Х. Комптоном открытие (ныне известное как эффект Комптона), состоящее в том, что рентгеновские лучи. которые ранее считались волнами, рассеиваются электронами в веществе так, как если бы они были частицами.

В 1924 г. Нильс Бор. Хендрик Крамере и Джон Слейтер попытались разрешить проблему волны-частицы, предложив новую формулировку квантовой теории, в которой отвергались некоторые основополагающие принципы классической физики. Согласно хорошо известным законам сохранения, энергия и импульс сохраняются, т.е. при любом взаимодействии полная энергия и импульс системы тел до взаимодействия равны полной энергии и импульсу после взаимодействия. Бор, Крамере и Слейтер предположили, что на атомном уровне при индивидуальных взаимодействиях частиц не должны сохраняться ни энергия, ни импульс, они сохраняются лишь в сумме многих индивидуальных взаимодействий. Однако существовавшие тогда методы исследования элементарных частиц не подходили для проверки статистической интерпретации законов сохранения, предложенной Бором и его коллегами. Прочитав их статью, Б. решил разработать методику, которая позволила бы подтвердить их предположение.

Эксперимент Комптона в 1923 г. показал, что, когда кванты рентгеновских лучей рассеиваются при столкновении с электронами, они теряют часть своей энергии и импульса. Комптон предсказал, а Ч.Т.Р. Вильсон подтвердил, что вовлеченные в такие столкновения электроны получают отдачу, т.е. выбиваются из атомов. Б. понимал, что если классические законы сохранения действуют на атомном уровне, то при столкновении должен получаться как рассеянный квант, гак и отскочивший электрон: энергия и импульс, потерянные квантом, 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. Поэтому Б. решил воспользоваться для проверки гипотезы Бора эффектом Комптона.

Оригинальный счетчик Гейгера, изобретенный в 1913 г., мог регистрировать лишь тяжелые заряженные частицы; однако к 1924 г. Гейгер создал модифицированный счетчик, названный игольчатым, который был способен регистрировать электроны. Работая вместе с Гейгером, Б. придумал специальный метод использования этого счетчика. получивший впоследствии название «метод совпадений». Два игольчатых счетчика, заполненные водородом, были связаны таким образом, что, когда на них направлялся пучок рентгеновских лучей, столкновения между квантами лучей и электронами атомов водорода происходили в первом счетчике. Электроны отдачи регистрировались этим счетчиком, тогда как рассеянные кванты проходили во второй, где они выбивали значительно меньшее число электронов, регистрируемых вторым счетчиком, демонстрируя тем самым наличие рассеянных квантов. Возникающие при регистрации частиц электрические импульсы счетчиков автоматически фиксировались, позволяя исследователю решать, совпадают ли они во времени.

Б. и Гейгер обнаружили, что одновременная регистрация рассеянного кванта и выбитою электрона происходит слишком часто, чтобы это можно было считать случайным, а их статистические оценки показали, что обе частицы всегда возникают при каждом столкновении. Отсюда они сделали вывод, что статистическая гипотеза Бора неверна. Их исследование показало, что классические законы сохранения справедливы и для отдельных актов взаимодействия на субатомном уровне. Их вывод, с которым согласились Бор и другие физики, повлиял на развитие в 20-х гг. квантовой механики, комплексной математической трактовки квантовой теории.

Метод совпадения Б., за который он впоследствии получил Нобелевскую премию по физике, стал важным инструментом в современных системах регистрации и измерения частиц, хотя сегодня физики пользуются значительно более совершенными счетчиками, регистрирующими лишь совпадающие события. Например, при наблюдении за частицами, освобождающимися в результате ядерной реакции, исследователи могут так отрегулировать свои приборы, чтобы они регистрировали только данные, удовлетворяющие ряду указанных критериев. Затем они могут провести статистический анализ полученных данных, чтобы выявить, идет ли речь о случайных совпадениях или о тех реакциях, которые они ищут.

Начиная с 1926 г. Б. изучал превращения элементов, которые происходят при бомбардировке их ядер альфа-частицами, и в 1930 г. он со своими коллегами обнаружил новое, обладающее высокой проникающей способностью излучение, которое возникало при бомбардировке альфа-частицами бериллия. Эта работа привела к открытию в 1932 г. нейтрона Джеймсом Чедвиком. В 1929 г. Б. совместно с Вернером Кольхерстером использовал метод совпадений для обнаружения космических лучей. В этих исследованиях было установлено, что космические лучи представляют собой поток частиц высокой энергии, а не гамма-лучей, как обычно считалось.

В 1930 г. Б. становится директором Физического института при Гессенском университете. Два года спустя его назначили директором Физического института при Гейдельбергском университете, а в 1934 г. он занял пост директора Физического института при Институте медицинских исследований Макса Планка в Гейдельберге. В Институте Макса Планка он курировал строительство циклотрона, ускорителя частиц, используемого в ядерных исследованиях. Строительство было завершено в 1943 г.

Во время второй мировой войны Б. был одним из ведущих участников проекта по ядерной энергии, возглавляемого Вернером Гейзенбергом. Он изучал свойства ядер урана и разрабатывал теорию диффузии нейтронов, описывающую рассеяние нейтронов, их поглощение и рождение в системах, содержащих расщепляемые элементы, подобные урану. После войны Б. вернулся к проблемам рассеяния электронов и физике космических лучей; он также внес свой вклад в теоретическое понимание бета-распада и гамма-излучения ядер.

В 1954 г. Б. был награжден Нобелевской премией по физике «за метод совпадений и сделанные в связи с этим открытия». Он разделил премию с Максом Борном, который был награжден за его вклад в квантовую механику. Страдающий серьезными нарушениями кровообращения и прикованный к постели, Б. не смог приехать на церемонию награждения и послал свою дочь получить премию от его имени. «Я думаю, что главный урок, который я получил от Гейгера, – писал Б. в своей Нобелевской лекции, – состоял в том, чтобы среди множества возможных и, вероятно, полезных экспериментов суметь выбрать тот, который является наиболее насущным в настоящий момент, и проводить ею, используя самую простую аппаратуру».

Несмотря на свою болезнь, Б. продолжал руководить институтом в Гейдельберге. Его болезнь причиняла ему массу страданий и мешала в полной мере насладиться пришедшей славой.

Б. женился в 1920 г. на москвичке Варваре Беловой, у них было двое детей. Известный своей работоспособностью, Б. был строг в лаборатории, но сердечен и гостеприимен дома. Он был одаренным художником, писавшим как маслом, так и акварелью, и страстным пианистом, который особенно любил играть Баха и Бетховена. Он умер в Гейдельберге 8 февраля 1957 г.

Кроме Нобелевской премии, Б. был награжден медалью Макса Планка Германского физического общества и Большим крестом ордена «За федеральную службу» правительства ФРГ. В 1952 г. он стал кавалером правительственного ордена «За заслуги в науке и искусстве». Он был членом академий наук Гейдельберга и Геттингена, а также Саксонской академии наук в Лейпциге.