1948. augusztus: Maria Goeppert Mayer és a maghéjmodell

Maria Goeppert Mayer, aki fontos felfedezéseket tett a magszerkezetről, egyike annak a két nőnek, aki fizikai Nobel-díjat kapott. Pályája elején azonban hosszú éveket volt kénytelen fizetés nélküli állásokban tölteni, mielőtt fizikaprofesszori állást kapott volna. Ennek ellenére kitartóan folytatta kutatásait. 1948 augusztusában Goeppert Mayer publikálta első tanulmányát, amelyben részletesen bemutatta a maghéjmodell bizonyítékait, amely az atommagok számos tulajdonságát magyarázza.

Maria Goeppert 1906-ban született az akkor Németországhoz tartozó Kattowitzban. Négyéves korában családja Göttingenbe költözött, ahol apja a gyermekgyógyászat professzora volt. Valójában ő volt a család hatodik generációs egyetemi professzora, és Maria később büszke volt arra, hogy a hetedik generációs akadémikus. Édesapja mindig arra biztatta, hogy ne csak háziasszonyként nőjön fel. Feltételezték, hogy Maria iskolába fog járni, és így is tett, annak ellenére, hogy ez akkoriban nehéz volt a nők számára.

A nyilvános iskola és egy lányoknak szóló főiskolai előkészítő akadémia után 1924-ben beiratkozott a Göttingeni Egyetemre, ahol eleinte matematikát akart tanulni. De miután részt vett Max Born kvantummechanikai szemináriumán, a fizika felé fordult.

1930-ban doktorált, a kettős fotonreakciókról írt dolgozatával. A göttingeni egyetemen ismerkedett meg férjével, Joseph Mayer fizikakémikussal. Miután befejezte doktori tanulmányait, a házaspár az Egyesült Államokba költözött, ahol a férfi a baltimore-i Johns Hopkins Egyetemen kapott állást. A nepotizmus szabályai megakadályozták, hogy az egyetem professzorként alkalmazza, ezért önkéntesként dolgozott, és folytatta saját kutatásait, amelyek többnyire a kvantummechanika kémiai problémákra való alkalmazásával foglalkoztak. Hasonló helyzetbe került 1939-ben, amikor férje állást kapott a Columbia Egyetemen. Maria Goeppert Mayer irodahelyiséget kapott, de fizetést nem. Eleinte a transzurán elemek tulajdonságainak számításain dolgozott; később Harold Urey-val együtt dolgozott az izotópok szétválasztásának fotokémiai módszerén (a módszert, mivel nem volt gyakorlatias, elvetették).

1946-ban Maria Goeppert Mayer és férje Chicagóba költözött, ahol félállásban a Chicagói Egyetem Nukleáris Tanulmányok Intézetében, félállásban pedig az Argonne Nemzeti Laboratóriumban dolgozott. Itt kezdett el Edward Tellerrel együtt dolgozni egy projekten, amelynek célja az elemek eredetének meghatározása volt.

A munka során össze kellett állítani az izotópok gyakorisági listáját. E lista készítése során Goeppert Mayer számára világossá vált, hogy a 2, 8, 20, 28, 50, 82 vagy 126 protonnal vagy neutronnal rendelkező atommagok különösen stabilak. (Ezek a számok “mágikus számok” néven váltak ismertté, amely kifejezést feltehetően Eugene Wigner alkotta meg, aki kissé szkeptikus volt a héjmodellel szemben). Ez a megfigyelés arra késztette, hogy az atommagok héjszerkezetére tegyen javaslatot, amely analóg az atomok elektronhéjszerkezetével.

A maghéjmodellben minden nukleon egy központi, más nukleonok által létrehozott potenciálkútban mozog, ahogyan az atomhéjmodellben az elektronok egy, az atommag által létrehozott potenciálkútban keringenek. A pályák növekvő energiájú héjak sorozatát alkotják. A teljesen kitöltött külső héjakkal rendelkező atommagok a legstabilabbak.

Azt a tényt, hogy bizonyos számú nukleonnal rendelkező atommagok különösen stabilak, valójában már korábban is észrevették, de a fizikusok annyira biztosak voltak abban, hogy a héjmodell nem lehet helyes, részben azért, mert egy alternatív modell, a folyadékcsepp-modell, amely az atommagot homogén pacaként kezeli, elég sikeres volt a hasadás magyarázatában. Ezenkívül a fizikusok feltételezték, hogy a nukleonok közötti kölcsönhatások túl erősek ahhoz, hogy a nukleont független részecskékként kezelő héjmodell pontosan leírja az atommagot. Goeppert Mayer, akinek kevésbé volt formális képzettsége az atomfizikában, kevésbé volt elfogult a folyadékcsepp-modell mellett szóló bizonyítékok miatt.

Goeppert Mayer ezután más magtulajdonságokat is figyelembe vett, és úgy találta, hogy ezek mind a mágikus számok nagyobb támogatására mutattak. 1948 augusztusában a Physical Review című folyóiratban jelent meg az első tanulmánya, amelyben összefoglalta az atommag héjmodelljének bizonyítékait.

Noha Goeppert Mayer bizonyítékokat gyűjtött a maghéjmodell mellett, eleinte nem tudta megmagyarázni a mágikus számok konkrét sorrendjét. A standard kvantummechanika és egy egyszerű központi potenciál nem tudott magyarázatot adni a 20-nál magasabb bűvös számokra.

A kulcsfontosságú felismerésre Goeppert Mayer akkor jutott, amikor Enrico Fermi véletlenül megkérdezte tőle, hogy van-e bizonyíték a spin-orbit csatolásra. Azonnal rájött, hogy ez a válasz. Goeppert Mayer most már képes volt energiaszinteket és bűvös számokat kiszámítani.

Amint elküldte a dolgozatát a Physical Review-nak publikálásra, tudomást szerzett Hans Jensen és munkatársai dolgozatáról, akik egymástól függetlenül ugyanerre az eredményre jutottak. Kérte, hogy az ő dolgozatát késleltessék, hogy ugyanabban a számban jelenjen meg, mint az övék, bár az övé végül az övék utáni számban jelent meg, 1949 júniusában.

Goeppert Mayer akkor még nem találkozott Jensennel, de később találkoztak. Barátok és munkatársak lettek, és közösen írtak egy könyvet a nukleáris héjmodellről. Jensen és Goeppert Mayer 1963-ban Nobel-díjat kapott a héjmodellel kapcsolatos munkájukért. A díjat Eugene Wignerrel osztották meg, egymástól független munkájukért.

Maria Goeppert Mayert 1960-ban kinevezték a San Diegó-i Kaliforniai Egyetem teljes jogú professzorává, de nem sokkal később agyvérzést kapott. Soha nem épült fel teljesen, és 1972-ben meghalt.

Fizikatörténet

Ez a hónap a fizikatörténetben
APS News Archives

Historic Sites Initiative
Fizikatörténeti események helyszínei és részletei

.