Maria Goeppert-Mayer

Maria Gertrude Goeppert-Mayer (of Göppert-Mayer) (28 Junie 1906 – 20 Februarie 1972) was 'n Duits-gebore Amerikaanse teoretiese fisikus wat die kernskilmodel van die atoomkern voorgestel het en waarvoor sy die Nobelprys vir fisika ontvang het. Sy was die tweede vrou wat 'n Nobelprys vir fisika gewen het, die eerste was Marie Curie. In 1986 is die Maria Goeppert-Mayer-toekenning vir vroulike fisici in hul vroeë loopbaan tot haar eer gestig.

'n Gegradueerde aan die Universiteit van Göttingen, het Goeppert-Mayer haar doktorale proefskrif geskryf oor die teorie van die moontlike twee-fotonabsorpsie deur atome. Destyds het dit gelyk asof daar min kans was om haar proefskrif eksperimenteel te verifieer, maar die ontwikkeling van die laser het dit moontlik gemaak. Die eenheid vir die twee-foton absorpsie-deursnit word vandag die Goeppert Mayer-eenheid genoem.

Maria Goeppert het met Joseph Edward Mayer, 'n chemikus, getrou en na die Verenigde State verhuis, waar hy medeprofessor aan die Johns Hopkins-universiteit was. Streng reëls teen nepotisme het die Johns Hopkins-universiteit verhinder om haar as fakulteitslid aan te neem, maar sy het  werk as assistent gekry en het in 1935 'n belangrike artikel gepubliseer oor dubbele betaverval. In 1937 het sy na die Universiteit van Columbia verhuis waar sy 'n onbetaalde pos opgeneem het. Gedurende die Tweede Wêreldoorlog het sy aan die skeiding van isotope as deel van die Manhattan-projek in Columbia gewerk en saam met Edward Teller by die Los Alamos-laboratorium aan die ontwikkeling van Teller se "Superbom" gewerk.

Na die oorlog het Goeppert-Mayer 'n vrywillige medeprofessor in Fisika aan die Universiteit van Chicago geword (waar haar man en Teller gewerk het) en 'n senior fisikus aan die universiteitsbestuurde Argonne Nasionale laboratorium. Sy het 'n wiskundige model vir die struktuur van kernskille ontwikkel, waarvoor die Nobelprys vir fisika aan haar toegeken is in 1963. Sy het dit met J. Hans D. Jensen en Eugene Wigner gedeel. In 1960 was sy aangestel as volle professor in fisika aan die Universiteit van Kalifornië in San Diego.

Vroeë lewe 
Maria Göppert is op 28 Junie 1906 in Kattowitz, Pruise (nou Katowice, Pole) gebore, die enigste kind van Friedrich Göppert en sy vrou Maria Wolff. In 1910 het sy met haar gesin na Göttingen verhuis toe haar vader, 'n sesde generasie universiteitsprofessor, aangestel is as professor in pediatrie aan die Universiteit van Göttingen. Goeppert was nader aan haar vader as haar moeder. "Wel, my pa was interessanter", het sy later verduidelik. "Hy was immers 'n wetenskaplike".

Göppert is opgelei aan die Höhere Technische-skool in Göttingen, 'n skool vir middelklasmeisies wat na hoër onderwys gestreef het. In 1921 het sy by die Frauenstudium ingeskryf, 'n privaat hoërskool wat daarop gemik was om meisies vir universiteit voor te berei. Sy het 'n jaar vroeër op 17-jarige ouderdom die abitur toelatingseksamen vir die universiteit afgelê saam met drie of vier meisies en dertig seuns van haar skool. Al die meisies, maar net een van die seuns het geslaag.

In 1924 het Göppert begin om wiskunde te studeer aan die Universiteit van Göttingen. 'n Vermeende tekort aan vroulike wiskundeonderwysers vir meisieskole het gelei tot 'n oplewing van vroue wat wiskunde studeer het in 'n tyd van hoë werkloosheid. Daar was selfs 'n vroulike professor in wiskunde in Göttingen naamlik Emmy Noether. Die  meeste vroue was egter slegs geïnteresseerd om hul onderwyssertifikaat te slaag.

Goeppert het in fisika belang gestel en gekies om 'n doktorsgraad daarin te doen. In haar doktorale proefskrif van 1930 het sy die teorie oor moontlike absorpsie van twee-fotone deur atome uitgewerk. Eugene Wigner het die proefskrif later beskryf as 'n "meesterstuk van helderheid en konkreetheid". Destyds het dit gelyk asof daar min kans was om haar proefskrif eksperimenteel te verifieer, maar die ontwikkeling van die laser het die eerste eksperimentele verifikasie in 1961 moontlik gemaak toe twee-foton-opgewekte fluoressensie in 'n kristal wat europium bevat, gemeet is. Haar fundamentele bydrae tot hierdie gebied is vereer deurdat die eenheid vir die dwarsdeursnit van twee foton-absorpsie die "Goeppert-Mayer (GM)" genoem is. Een GM is 10 cm·s·foton. Haar eksaminatore was die drie Nobelpryswenners: Max Born, James Franck en Adolf Otto Reinhold Windaus. Saam met Mac Born was sy 'n mede-outeur van 'n paar belangrike werke oor die traliedinamika van kristalle.

Goeppert is op 19 Januarie 1930 met Joseph Edward Mayer, 'n Amerikaanse Rockefeller-genoot wat een van James Franck se assistente was, getroud. Die twee het mekaar ontmoet toe Mayer by die Goeppert-gesin gebly het. Die egpaar het na Mayer se tuisland in die Verenigde State verhuis waar Joseph 'n pos as medeprofessor in chemie aan die Johns Hopkins-universiteit aangebied is. Hulle het twee kinders gehad, Maria Ann (wat later met Donat Wentzel, Amerikaanse astrofisikus, getroud is) en Peter Conrad.

Verenigde State 
Streng reëls teen nepotisme by die Johns Hopkins-universiteit het Goeppert-Mayer verhinder om as fakulteitslid aangestel te word. Hierdie reëls wat by baie universiteite geskep is om voorkeur behandeling te voorkom, het teen hierdie tyd hul oorspronklike doel verloor en is hoofsaaklik gebruik om die indiensneming van vroue getroud met fakulteitslede te voorkom. Sy het 'n werk gekry as assistent in die Departement Fisika en het met Duitse korrespondensie gewerk waarvoor sy 'n baie klein salaris ontvang het en 'n werkplek en toegang tot die fasiliteite gekry het. Sy het enkele kursusse aangebied  en het in 1935 'n belangrike referaat oor dubbele beta-verval gepubliseer.

Daar was min belangstelling in kwantummeganika by Johns Hopkins, maar Goeppert-Mayer het saam met Karl Herzfeld, 'n Oostenryks-Amerikaanse fisikus, in hierdie gebied gewerk. Hulle het 'n aantal artikels geskep, waaronder 'n referaat met Herzfeld se student A.L. Sklar, oor die spektrum van benseen. Sy het ook in die somers van 1931, 1932 en 1933 na Göttingen teruggekeer om saam met haar voormalige eksaminator Born te werk en saam met hom artikels te skryf vir die Handbuch der Physik. Dit is alles beëindig toe die Nasionaal-Sosialistiese Duitse Arbeidersparty in 1933 aan bewind gekom het en baie akademici, waaronder Born en Franck, hul werk verloor het. Goeppert-Mayer en Herzfeld het betrokke geraak by vlugtelinghulppogings.

Joe Mayer is in 1937 afgedank. Hy het dit toegeskryf aan 'n haat vir vroue deur die dekaan van fisiese wetenskappe, wat volgens hom uitgelok is deur Goeppert-Mayer se teenwoordigheid in die laboratorium. Herzfeld het saamgestem en bygevoeg dat met Goeppert-Mayer, Franck en Herzfeld almal by Johns Hopkins daar te veel Duitse wetenskaplikes aanwesig was. Sommige studente het ook gekla dat Mayer se chemiese lesings te veel moderne fisika bevat het. Mayer het 'n pos aan die Columbia Universiteit aangeneem, waar die voorsitter van die Departement Fisika, George B. Pegram, gereël het dat Goeppert-Mayer 'n kantoor sou hê, maar sy het geen salaris ontvang nie. Sy het gou goeie vriende gemaak met Harold Urey, 'n Amerikaanse fisiese chemikus, en Enrico Fermi, 'n Italiaans-Amerikaanse fisikus, wat in 1939 vanuit Columbia daar aangekom het. Fermi het haar gevra om die valensskil van die onontdekte transuraniese elemente te ondersoek. Met behulp van die Thomas–Fermi-model het sy voorspel dat hulle 'n nuwe reeks sou vorm wat soortgelyk is aan die seldsame aardelemente. Dit het geblyk om korrek te wees. In 1941 word sy verkies tot 'n genoot van die American Physical Society.

Manhattan-projek 

In Desember 1941 het Goeppert Mayer haar eerste betaalde professionele pos opgeneem en deeltyds wetenskaponderrig gegee aan die Sarah Lawrence College. In 1942, met die Verenigde State van Amerika in die Tweede Wêreldoorlog, het sy by die Manhattan-projek aangesluit. Sy het 'n deeltydse navorsingspos aanvaar aan die Columbia-universiteit se plaasvervangende legeringsmateriaal laboratoriums. Die doel van hierdie projek was om 'n middel te vind wat die splytbare uraan-235-isotoop van 'n natuurlike uraanmengsel kan skei. Sy het die chemiese en termodinamiese eienskappe van uraanheksafluoried ondersoek en ook die moontlikheid om isotope te skei deur fotochemiese reaksies. Hierdie metodes was destyds onprakties maar die ontwikkeling van lasers sou later die moontlikheid van die skeiding van isotope deur laseropwekking moontlik maak.

Goeppert-Mayer het deur haar vriend Edward Teller 'n pos in Columbia gekry met die Ondeursigtigheidsprojek (in Engels: Opacity Project), wat die eienskappe van materie en bestraling teen buitengewone hoë temperature ondersoek het, met die oog op die ontwikkeling van Teller se "Superbom", die oorlogsprogram vir die ontwikkeling van termokernwapens. In Februarie 1945 is haar man, Joe, na die Stille Oseaanoorlogsgebied gestuur, en Goeppert-Mayer het besluit om haar kinders in New York agter te laat en by Teller se groep by die Los Alamos-laboratorium aan te sluit. Joe het vroeër as verwag van die Stille Oseaan teruggekom en hulle het in Julie 1945 saam na New York teruggekeer.

In Februarie 1946 is Joe as professor in die Chemie-afdeling by die nuwe Instituut vir Kernstudies aan die Universiteit van Chicago aangestel, en Goeppert-Mayer kon as vrywilliger-medeprofessor in fisika by die skool aangestel word. Toe Teller ook 'n posisie daar aanvaar kon sy haar Ondeursigtigheidsprojekwerk met hom voortsit. Toe die nabygeleë Argonne Nasionale Laboratorium op 1 Julie 1946 gestig is, is Goeppert-Mayer ook 'n deeltydse pos daar aangebied as senior fisikus in die afdeling teoretiese fisika. Sy het daaroor gesê : "Ek weet niks van kernfisika af nie." Sy het die ENIAC-rekenaar van die Aberdeen se Proefgrond geprogrammeer om kritieke probleme vir 'n vloeibare metaalverkoelde reaktor op te los deur die Monte Carlo-metode te gebruik. (Die metode gebruik ewekansigheid om probleme op te los wat in beginsel deterministies kan wees.)

Kernskilmodel 

Gedurende haar tyd in Chicago en Argonne in die laat 1940s het Goeppert-Mayer 'n wiskundige model vir die struktuur van kernskille ontwikkel, wat sy in 1950 gepubliseer het. Haar model het verduidelik waarom sekere getalle nukleone in 'n atoomkern besonder stabiele konfigurasies tot gevolg het. Dit is die volgende getalle, wat die Hongaars-Amerikaanse teoretiese fisikus Eugene Wigner "tower"getalle genoem het, naamlik 2, 8, 20, 28, 50, 82 en 126. Enrico Fermi het 'n kritiese insig hieroor gegee deur haar te vra: "Is daar enige aanduiding van wentelbaankoppeling?" Sy het besef dat dit inderdaad die geval was en gepostuleer dat die kern 'n reeks geslote skille is en dat neutron- en protonpare geneig is om saam te koppel. Sy het die idee soos volg beskryf:

Drie Duitse wetenskaplikes, Otto Haxel, J. Hans D. Jensen en Hans Suess, was ook besig om dieselfde probleem op te los en het onafhanklik tot dieselfde gevolgtrekking gekom. Terwyl hul resultate in Junie 1949 voor Goeppert-Mayer in 'n uitgawe van die vaktydskif Physical Review bekend gemaak is, is Goeppert-Mayer se werk in Februarie 1949 vir hersiening ontvang, terwyl die werk van die Duitse skrywers later in April 1949 ontvang is. Sy het daarna saam met hulle gewerk.

Hans Jensen was saam met Goeppert-Mayer in 1950 die mede-outeur van 'n boek getiteld "Elementêre teorie van kernskilstruktuur" (in Engels: "Elementary Theory of Nuclear Shell Structure"). In 1963 het Goeppert-Mayer, Jensen en Wigner die Nobelprys vir Fisika vir hul ontdekkings oor kernskulpstruktuur gedeel. Sy was die tweede vroulike Nobelpryswenner in die fisika, na Marie Curie, en die laaste vir meer as 'n halfeeu, totdat Donna Strickland in 2018 met die prys bekroon is.

Dood en nalatenskap 

In 1960 word Goeppert-Mayer aangestel as professor in fisika aan die Universiteit van Kalifornië, San Diego. Hoewel sy 'n beroerte kry kort nadat sy daar aankom, het sy vir 'n aantal jare aangehou om onderrig te gee en navorsing te doen. Sy is verkies tot 'n genoot van die American Academy of Arts and Sciences en het in 1965 die Golden Plate Award van die American Academy of Achievement ontvang. Goeppert-Mayer is op 20 Februarie 1972 in San Diego, Kalifornië, oorlede nadat sy die vorige jaar 'n hartaanval gekry het. Sy is in die El Camino Memorial Park in San Diego begrawe.

Na haar dood is die "Maria Goeppert-Mayer"-toekenning deur die American Physical Society geskep om jong vroulike fisici aan die begin van hul loopbaan te vereer. Die toekenning is toepaslik op alle vroulike fisici met 'n  doktorsgraad. Die wenner ontvang finansiële ondersteuning en die geleentheid om gaslesings oor hul navorsing by vier groot instellings aan te bied. In Desember 2018 het die American Physical Society die Argonne Nasionale Laboratorium as 'n historiese terrein aangewys ter erkenning van Goeppert-Mayer se werk. Argonne Nasionale Laboratorium vereer haar ook deur elke jaar 'n toekenning toe te staan aan 'n uitmuntende jong vrouewetenskaplike of -ingenieur, terwyl die Universiteit van Kalifornië, San Diego, jaarliks 'n Maria Goeppert-Mayer-simposium aanbied, wat vroulike navorsers byeenbring om huidige wetenskap te bespreek.

Die Goeppert-Mayer-krater op Venus, met 'n deursnee van ongeveer 35 km, is na Goeppert-Mayer vernoem.

In 1996 is sy opgeneem in die Amerikaanse nasionale saal van roem vir vroue. In 2011 is sy ook opgeneem in die derde uitgawe van die "Amerikaanse Wetenskaplikes"-versameling van Amerikaanse posseëls, tesame met die Amerikaanse biochemikus Melvin Calvin, die Amerikaanse plantkundige Asa Gray en die Spaanse biochemikus Severo Ochoa. Haar referate is geliasseer in die Geisel-biblioteek van die Universiteit van Kalifornië, San Diego, Die universiteit se fisikadepartement is in Mayer Hall, wat na haar en haar man vernoem is.

Bronne

Verwysings 

Manhattan-projek
Geboortes in 1906
Sterftes in 1972
Amerikaanse akademici
Amerikaanse fisici
Duitse fisici
Kernfisici
Teoretiese fisici
Nobelprys vir Fisika wenners