Известные люди

»

Мария Гепперт-Майер

В то время Гёттингенский вуз был ведущим центром исследований в новой области физики квантовой механике. Когда Макс Борн пригласил Г.-М. принять участие в работе руководимого им физического семинара, интересы ее переключились с математики на физику и сосредоточились на квантовой механике, занимающейся изучением поведения атомов, ядер и субатомных частиц. Вскоре потом начала занятий физикой Г.-М. провела единственный семестр в Кембриджском университете, где встречалась со знаменитым английским физиком Эрнестом Резерфордом. Докторскую уровень она получила в 1930 г. в Гёттингене, защитив диссертацию на тему Об элементарных процессах с двумя квантовыми скачками (On Elemental Processes Whith Two Quantun Jumps). Экзамены у нее принимала комиссия в составе Макса Борна, Джеймса Франка и Адольфа Виндауса.

После смерти отца в 1927 г. ее мама открыла пансион, как это зачастую практиковалось в Гёттингене. Одним из обитателей пансиона был Джозеф Э. Майер, америкосский химик из Калифорнийского технологического института. Мария и Джозеф полюбили дружбан друга и поженились в январе 1930 г., незадолго до того, как Г.-М. получила докторскую уровень. У них родились наследник и дочка. После вступления в брак Мария стала именовать себя Гёпперт-Майер, сохранив девичью фамилию, по ее словам, из чувства гордости за семь поколений университетских профессоров со стороны отца. Через месяц вслед за тем свадьбы юная чета отплыла в Соединенные Штаты, где Джозефу Майеру было предложено местоположение ассистент-профессора по химии в Университете Джонса Хопкинса в Балтиморе (штат Мериленд).

Несмотря на докторскую уровень и прекрасные отзывы, господствовавшее в то время касательство к женам членов факультета не позволяло Г.-М. обрести оплачиваемое местоположение преподавателя в Университете Джонса Хопкинса. Однако ей удалось определиться помощником одного из членов физического факультета. В ее обязанности входило разбирать корреспонденцию на немецком языке. Эта скромная пост давала Г.-М. небольшое жалованье, малюсенький рабочий офис и вероятность в какой-то мере участвовать в университетской жизни.

Областью своей научной деятельности Г.-М. решила избрать химическую физику, занимающуюся изучением молекул и их взаимодействий, но использовала она и другие возможности, которые представились на физическом и математическом факультетах. С физиком Карлом Ф. Герцфельдом, дружеские отношения с которым она сберегла на всю бытие, Г.-М. исследовала распределение энергии вдоль поверхности твердых тел и поведение водорода, растворенного в металлическом палладии. После того как Герцфельд ушел из Университета Джонса Хопкинса, Г.-М. с одним из его бывших студентов Альфредом Скляром занялась исследованием квантовомеханических электронных уровней бензола и структурой нескольких органических красителей. В этой работе она продемонстрировала великолепную математическую подготовку, применив методы теории групп и теории матриц. Лето 1931, 1932 и 1933 гг. она, отчасти из-за тоски по родине, провела в Гёттингене, где работала с Борном.

В 1933 г., в том самом году, когда в Германии к власти пришли нацисты, Г.-М. получила американское гражданство. Антисемитизм и расистские законы губительно сказались на немецкой науке: многие выдающиеся ученые еврейского происхождения, в их числе Борн и Франк, покинули Германию. Дом Майеров в Балтиморе был открыт для беженцев из Германии, большинство из которых были евреями.

В Университете Джонса Хопкинса супруги Майер выполнили вкупе немного работ, в основном по теории конденсации. В 1938 г. они написали монографию Статистическая механика (Statistical Mechanics) о поведении огромного числа взаимодействующих частиц, к примеру в газах и жидкостях. К моменту выхода книги в 1940 г. Джозеф Майер был ассистент-профессором химии Колумбийского университета в Нью-Йорке. Колумбийский универ предложил Г.-М. ещё больше низкое положение, чем то, которое она занимала в Университете Джонса Хопкинса. Хотя декан физического факультета дал ей отдельный офис, она не имела официальной должности и не получала жалованья. Но в Колумбийском университете она имела вероятность трудиться с Энрико Ферми и Гарольдом К. Юри над проблемами химического и атомного строения, а Юри дал Г.-М. право чтения лекций по химии. С четой Юри супруги Майер стали близкими друзьями.

В 1941 г. Г.-М. стала преподавателем колледжа Сары Лоуренс, истина с неполной занятостью. Это была ее первая оплачиваемая преподавательская место. На следующий год Юри ввел ее в Манхэттенский план (в рамках которого велись работы по созданию атомной бомбы). Г.-М. возглавила группу, занимавшуюся исследованием возможности выделения расщепляющегося изотопа урана из природного урана с помощью фотохимических реакций. В 1945 г. она провела немного месяцев в Лос-Аламосской лаборатории Манхэттенского проекта, где работала с венгерско-американским физиком Эдвардом Теллером.

По окончании войны Джозеф Майер стал профессором химии Чикагского университета. Хотя Г.-М. в 1946 г. была назначена ассистент-профессором физики того же университета, но жалованья не получала, так как это запрещалось университетскими правилами, направленными на борьбу с непотизмом. В 1946 г. она стала по совместительству старшим физиком в Аргонской национальной лаборатории близ Чикаго, где строился ядерный реактор. В Аргоне Г.-М. сотрудничала с Ферми, Юри, Франком и Теллером и работала над расчетами критичности бридерного жидкометаллического реактора. Вычисления были выполнены на первом электронном компьютере электронном численном интеграторе и компьютере (ЭНИАК), монтаж которого был незадолго до того завершен на артиллерийском полигоне Армии Соединенных Штатов в Абердине (штат Мериленд).

Именно тогда, работая с Теллером над теорией происхождения химических элементов, Г.-М. столкнулась с магическими числами, о которых в первый раз упомянул в своей работе в 1933 г. германский физик Вальтер Эльзассер. Атомные ядра состоят из протонов (положительно заряженных частиц, больше чем в 1800 раз тяжелее отрицательно заряженных электронов) и нейтронов (электрически нейтральных частиц с массой, без малого совпадающей с массой протонов). Г.-М. обнаружила, что по необъяснимой причине распространенность некоторых ядер существенно превосходит распространенность других и, следственно, эти ядра должны иметь необычайно высокой стабильностью. Распространенность и стабильность имеют тенденцию к сближению, оттого что нестабильное ядро с высокой вероятностью превращается в другое, претерпевая радиоактивный распад. Если продукт распада кроме того нестабилен, то со временем и он распадается, и так до тех пор, покуда не образуется стабильный продукт. Стабильные ядра остаются и накапливаются. В в особенности избыточных ядрах цифра протонов либо цифра нейтронов одинаково одному из магических чисел 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 и реже некоторым другим.

Г.-М. знала, что аналогичная обстановка существует и для атомных электронов, обращающихся около ядра. Стабильность атомов носит химический нрав, т.к. химическая реакция определяется тем, происходит ли утрата, приобретение или обобществление электронов (ядра атомов остаются неизменными). Как показывает периодическая таблица химических элементов, с увеличением атомного номера химические свойства элементов повторяются, образуя циклы, или периоды. Атомный номер это цифра протонов (положительно заряженных частиц) в ядре, которое одинаково числу электронов (отрицательно заряженных частиц), обращающихся около ядра в невозмущенном атоме, вследствие чего он в целом электронейтрален.

Периодическая стабильность, возникающая при определенных атомных номерах, получила разъяснение на основе атомных энергетических уровней, связанных с угловым моментом электронов, обращающихся около ядра. Согласно квантовой теории, энергетические уровни ограничены некоторыми дискретными значениями. Угловые моменты возникают вследствие обращения электронов около ядра (орбитальный угловой момент) и вращения электрона около собственной оси, наподобие волчка (спин). (Квантовая механика отвергает настолько простые и наглядные образы, но все же они полезны.) Поскольку движущиеся электроны есть не что иное, как электрический ток, они создают магнитное поле. Так же как два магнита отталкивают или притягивают дружбан друга, орбитальные угловые моменты и спины электронов взаимодействуют между собой (спин-орбитальная связь). Согласно квантовой теории, каждому разрешенному уровню углового момента соответствует некоторое цифра дискретных энергетических состояний. Когда эти состояния связаны со спином электрона, возникает организация энергетических уровней, произвольный из которых определяется набором из четырех квантовых чисел. К этому следует прибавить ограничение, налагаемое принципом запрета Вольфганга Паули. Согласно этому принципу, в каждом квантовом состоянии, задаваемом набором из четырех квантовых чисел, может находиться только единственный электрон. В результате при увеличении атомного номера, когда цифра электронов увеличивается произвольный раз на единицу, очередной электрон занимает следующий, ещё вольный порядок. Полная энергия возрастает шаг за шагом.

Шаги, на которые возрастает энергия, не равномерны: скопления мелких шажков разделены необычайно большими шагами. На основе ранних представлений об электронах, обращающихся около ядра на различных расстояниях, такие скопления уровней получили наименование оболочек. О химическом элементе, у атома которого что ни на есть отдаленный от ядра электрон занимает окончательный порядок перед большим промежутком, говорят, что он замыкает оболочку. Элемент со следующим (больше высоким) атомным номером, имеющий на единственный электрон больше, чем предшествующий компонент, начинает следующую оболочку. Замкнутая обшивка соответствует стабильному элементу. Поскольку срыв или присоединение одного электрона в случае замкнутой оболочки требует большего, чем заурядно, количества энергии, в химические реакции таковый ингредиент вступает неохотно.

Схема оболочек была применена к ядру, когда предполагали, что протоны и нетроны как бы обращаются около приятель друга, но имела ограниченный фарт. Ядро шибко отличается от атома. В атоме основную образ играет центральная мощь притяжения между протонами в ядре и электронами. Это неплохо известная мощь взаимодействия между электрическими зарядами. Электроны находятся на сравнительно больших расстояниях товарищ от друга, и их взаимное отталкивание слабо, оттого энергия одного электрона негусто зависит от положения других. Ядерные же силы между протонами и между протонами и нейтронами действуют на малых расстояниях, потому позволительно ждать, что энергия одной частицы здорово зависит от положения других внутриядерных частиц. Единого центра притяжения в ядре не существует. Эти различия привели физиков-теоретиков на раннем этапе исследования к заключению, что спин-орбитальная связь для протонов и нейтронов в ядре должна быть без малого пренебрежимо слабой.

Г.-М. неотступно билась над решением проблемы структуры ядра. В начале своей работы она обнаружила два магических числа: 50 и 82. Затем, анализируя экспериментальные данные, она нашла ещё пять магических чисел, но растолковать их не могла. Решающий миг наступил в 1948 г., когда Ферми спросил у нее: Существуют ли какие-либо признаки спин-орбитальной связи? Сразу же поняв, что спин-орбитальная связь дает ключ к проблеме, она в тот же конец дня сумела растолковать ядерные магические числа. Г.-М. показала, что ядро ещё состоит из оболочек. По ее словам, атомное ядро напоминает по своему строению луковицу: оно состоит из слоев, содержащих протоны и нейтроны, которые обращаются кругом дружбан друга и по орбите, как пары, вальсирующие на балу. Ядра стабильны, если оболочки протонов или нейтронов заполнены. Магические числа для ядер отличаются от магических чисел для атомных электронов, но аналогия между теми и другими с учетом соответствующих поправок существует.

О своей работе по теории ядерных оболочек Г.-М. сообщила в двух статьях, опубликованных в журнале Физикал ревью в 1948 и 1949 гг. Их явление совпало с публикацией без малого эдакий же теории Й. Хансом Д. Йенсеном из Гейдельбергского университета, работавшим с Отто Хакселем и Гансом Э. Зюссом. Г.-М. и Йенсен встретились в 1950 г. в Германии, стали друзьями и совместно работали над книгой Элементарная концепция оболочечной структуры ядра (Elementary Theory of Nuclear Shell Structure), которая была опубликована в 1955 г.

Г.-М. и Йенсен были удостоены Нобелевской премии по физике 1963 г. за открытие оболочечной структуры ядра. Вторая половинка премии этого года была присуждена Эугену П. Вигнеру. Представляя новых лауреатов, Ивар Валлер из Шведской королевской академии наук напомнил слушателям, что до открытий Г.-М. удавалось пояснить не больше трех магических чисел... Она и Йенсен убедительно доказали всю важность оболочечной модели для систематизации накопленного материала и предсказания новых явлений, связанных с основным состоянием и невысоко лежащими возбужденными состояниями ядер.

В 1960 г. вуз в Сан-Диего пригласил супругов Майер. Марии предлагался пост полного профессора физики, Джозефу профессора химии. Вскоре потом переезда в Калифорнию у Г.-М. случился потрясение, вероятно вызванный вирусной инфекцией. Она была частично парализована, нарушилась речь. После удара самочувствие Г.-М. начало скоро ухудшаться, но она продолжала заниматься преподавательской деятельностью и вкалывать над дальнейшим развитием ядерной физики. Г.-М. по-прежнему сотрудничала с Йенсеном. Их последняя совместная служба была опубликована в 1966 г., за 6 лет до того, как она скончалась в Сан-Диего от сердечного приступа.

Г.-М. была избрана в Национальную академию наук США и Американскую академию наук и искусств, а кроме того членом-корреспондентом Академии наук в Гейдельберге. Она была почетным доктором колледжа Смита, колледжа Рассела Сейджа и колледжа в Маунт-Холиоке.

Так же читайте биографии известных людей:

Мария Долина Maria Dolina

Награждена орденами Ленина, Красного Знамени ( дважды ), Отечественной войны 1-й степени, медалями. Её именем были названы бригада трубного завода..
читать далее →

Мария Смирнова Maria Smirnova

Гвардии Капитан М. В. Смирнова совершила 805 ночных боевых вылетов на бомбардировку войск противника, нанеся врагу большой урон в живой силе и..
читать далее →

Мария Байда Maria Bayda

Попав в плен, держалась мужественно и стойко. Прошла концлагеря Славут, Равенсбрюк. В Австрии удалось перебраться в лагерь для гражданских лиц...
читать далее →

Мария Боровиченко Maria Borovichenko

Санитарка, сержант медицинской службы, геройски погибла на глазах бойцов своего подразделения, спасая раненого офицера.
читать далее →

Ваши комментарии

добавить комментарий