Физика

Нобелевские лауреаты: Мария Гeпперт-Майер

Магические числа

Физик Мария Гепперт-Майер

Maciej Rebisz/Flickr/UC San Diego Library

О женщине, которая впервые за 60 лет удвоила число женщин-физиков-нобелиатов, о «матери и домохозяйке» из Сан-Диего и о магических числах повествует очередной выпуск рубрики «Как получить Нобелевку».

Мария Гепперт-Майер

Родилась 28 июня 1906 года, Катовице, Германская империя (ныне — Республика Польша)

Умерла 10 февраля 1972 года, Сан-Диего, Калифорния, США

Нобелевская премия по физике 1963 года (1/4 премии, совместно с Хансом Йенсеном, вторую половину получил Юджин Вигнер «за вклад в теорию атомного ядра и элементарных частиц, особенно с помощью открытия и применения фундаментальных принципов симметрии»). Формулировка Нобелевского комитета: «За открытия, касающиеся оболочечной структуры ядра (for their discoveries concerning nuclear shell structure)».

Самая дискриминируемая номинация в ряду Нобелевских премий для женщин — конечно же, премия по физике. Посудите сами, только в прошлом году Донна Стрикленд стала третьей (!) представительницей прекрасного пола, удостоенной высшей научной награды в этой области (при этом на момент присуждения премии у Стрикленд даже не было посвященной ей статьи в Википедии). Примерно раз в 60 лет женщинам-физикам удается взойти на эту вершину. О Марии Склодовской-Кюри мы рассказали, теперь очередь дошла до второй героини. По забавному совпадению — тоже с двойной фамилией и тоже уроженки Польши.

Мария Гепперт, тогда еще не Майер, родилась в силезском городе Катовице, принадлежащем Германии (в 1918 году Лига Наций организует референдум Верхней Силезии — где ей находиться. 22774 человека проголосовало за Германию, 3900 — за Польшу. Но кого тогда волновало большинство?..). Впрочем, семья педиатра Фридриха Гепперта и его супруги, Марии-старшей, преподавателя языка и литературы, с Марией, единственным ребенком в семье, вскоре переехала в Геттинген.

Памятная доска на доме, где родилась Гепперт-Майер

Wikimedia Commons

Позже, когда Мария станет профессором физики Университета Калифорнии в Сан-Диего, она продолжит семейную династию полных профессоров, став седьмым поколением в ней.

Родители хотели, чтобы дочка получила университетское образование. Ей повезло — она успела окончить частную школу, которая позволяла сдать экзамены для поступления в университет. Физика влекла ее — друзьями дома были Джеймс Франк и Макс Борн. В Геттингене Борн тоже весьма помог Марии с докторской диссертацией — тем более, что доклад принимало аж три Нобелевских лауреата: два знакомых с детства (Франк и Борн), а также Адольф Виндаус.

Еще до защиты докторской, которая состоялась в 1930 году, у Марии умер отец, а мать открыла пансион. Однажды там остановился американский химик из Калтеха Джозеф Майер. Молодые люди полюбили друг друга и вскоре сыграли свадьбу. Это сыграло, наверное, решающую роль в ее судьбе, поскольку Мария Гепперт-Майер, сохранив отцовскую фамилию в память о поколениях университетских профессоров, отплыла с мужем в Штаты, поскольку Джозефу предложили место ассистент-профессора в Университете Джонса Хопкинса. До прихода фашистов к власти оставались считанные годы (но три лета подряд Мария приезжала в Геттинген и работала с Борном. В 1933 году эти визиты прекратились).

Правда, к женам профессоров в Джонсе Хопкинсе относились не очень. Получить позицию нормального ученого или преподавателя было невозможно, максимум помощника профессора (разбирать корреспонденцию). Однако кабинет ей дали.

В Колумбийском университете, куда к 1940 году переехал муж, было еще хуже — официальной должности и жалования не давали, но здесь зато были Энрико Ферми и Гарольд Юри, который дал возможность читать лекции по химии. Вместе они начали заниматься изучением строения атомного ядра. Присоединился к Гепперт-Мейер чуть позже и Эдвард Теллер, отец водородной бомбы.

Муж Марии, Джозеф Майер

Wikimedia Commons

Главным вопросом, которым уже после войны, работая ассистент-профессором Чикагского университета (без жалования, ибо жена профессора не может получать деньги), задалась наша героиня, был вопрос, как устроено атомное ядро. И что такое «магические числа».

Как сказала сама Мария Гепперт-Майер в Нобелевской лекции, «одно из главных свойств ядер, приведших к концепции оболочечной структуры ядра, проявляется в существовании такого свойства, которое обычно называется магическим числом. … Повод назвать число магическим состоит в том, что конфигурация с магическим числом нейтронов или протонов оказывается необычайно устойчивой независимо от числа других нуклонов».

Собственно, несмотря на то, что впервые указал на существование их немецкий физик Вальтер Эльзассер в 1933 году, можно сказать, что сама Гепперт-Майер и открыла их вместе с Эдвардом Теллером, когда они работали над статьей о происхождении химических элементов. Снова дадим слово физику:

Эдвард Теллер

Wikimedia Commons

«Мы заметили, что существует несколько ядер с преобладающим их содержанием среди изотопов или в космических лучах, что объяснить в то время не могла ни наша, ни какая-либо другая разумная теория. Я нашла также, что у этих ядер есть одно общее свойство: они содержали либо 82 нейтрона, либо 50 нейтронов при произвольном количестве протонов. Восемьдесять два или пятьдесят — это «магические числа». Тот факт, что эти ядра преобладают в природе, говорит о существовании особенной устойчивости, которая должна влиять на образование химических элементов.

Мое внимание привлекла статья Эльзассера, написанная в 1933 году. В 1948 году о свойствах ядер было известно гораздо больше, чем во времена Эльзассера. Однако магические числа не только выделялись в ряду новых экспериментальных данных, но их выделенность проявлялась во всех ядерных процессах еще более отчетливо, чем раньше. Считать эти свойства магических чисел простым случайным совпадением уже было нельзя».

Сейчас мы знаем несколько магических чисел: 2, 8, 28, 50, 82, 126 (последнее, разумеется, только для нейтронов)… Собственно, все эти числа открыла Мейер — сначала 50 и 82, потом все остальные. Ей пришла в голову идея, что атомное ядро, подобно и электронным оболочкам, напоминает по своему строению луковицу: оно состоит из слоев, содержащих протоны и нейтроны, которые обращаются друг вокруг друга и по орбите, как пары, вальсирующие на балу. Ядра стабильны, если оболочки протонов или нейтронов заполнены. Именно поэтому, например, ядро гелия-4 (2+2) стабильно, а гелия-5 с тремя нейтронами, просто не существует — слишком слабой получается связь «лишнего» нейтрона.

Именно за эту теорию женщина впервые за 60 лет получила Нобелевскую премию по физике.

Король Швеции ведет Марию на церемонию вручения Нобелевской премии

Wikimedia Commons

Когда до патриархального Сан-Диего дошла весть об успехе их университетского профессора, местная газета вышла с заголовком «Мать и домохозяйка получает Нобелевскую премию по физике». Что ж, в те годы это был передовой кликбейт.

Увы, «мать из Сан-Диего» прожила не очень долго: у нее случился инсульт, здоровье ее начало ухудшаться, последний год своей жизни она вообще провела в коме.

Тем не менее именно она стала тем человеком, который показал: Мария Кюри — не исключение, а женщины могут достичь самых высоких вершин и уважения даже в теоретической физике.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.