MOTTELSON BEN ROY (1926-2022)

Ben Roy Mottelson est un physicien théoricien américano-danois qui a reçu le prix Nobel en 1975 pour ses travaux sur la structure des noyaux atomiques.

Né le 9 juillet 1926 à Chicago, Ben Roy Mottelson passe son enfance dans la petite ville de La Grange dans l’Illinois. Son père est ingénieur. Mottelson racontera que les questions scientifiques, politiques ou morales étaient fréquemment le sujet de libres discussions en famille. Lorsqu’il termine ses études secondaires dans le lycée de La Grange, la Seconde Guerre mondiale mobilise les jeunes gens et il est envoyé par l’US Navy à l’université Purdue à West Lafayette (Indiana), où il suit un entraînement d’officier dans le cadre du programme de formation V12, spécialement mis en place pour élever le niveau technique des officiers de la Navy. Mottelson reste dans cette université après la fin des hostilités et y obtient en 1947 son diplôme de bachelor. Il fait ensuite ses études supérieures à l’université Harvard (Cambridge, Massachusetts) et y soutient sa thèse de doctorat en physique nucléaire théorique en 1950, sous la direction de Julian Schwinger (1918-1994, Prix Nobel de physique en 1965 pour ses travaux en théorie quantique des champs).

Soutenu financièrement par des bourses américaines, il rejoint ensuite l'institut de physique théorique de Copenhague (Danemark) dirigé par Niels Bohr (1885-1962, Prix Nobel 1922 pour ses contributions historiques au développement de la mécanique quantique). Lors de la création du Cern et avant la construction de ses laboratoires sur le site actuel près de Genève (Suisse), l’embryon d’une division de physique théorique est momentanément installé par l’organisation à Copenhague (1953-1957) et Mottelson en est l’un des deux physiciens permanents. Il est ensuite nommé professeur à l’institut Nordita (Nordic Institute for Theoretical Atomic Physics), qui vient d’être créé à Copenhague pour fédérer les recherches en physique théorique des pays scandinaves. Il y travaillera jusqu’à sa retraite et adoptera la nationalité danoise en 1971. Il partage le prix Nobel de physique en 1975 avec son collaborateur Aage Bohr (1922-2009), le fils de Niels Bohr, et le physicien américain James Rainwater (1917-1986) pour leurs travaux sur la structure du noyau atomique. Lorsqu’en 1993 le Centre européen d’études théoriques en physique nucléaire (ECT*) est créé à Trente (Italie), Mottelson en devient le premier directeur.

Les résultats les plus importants obtenus par Mottelson concernent la prise en compte des effets collectifs des nucléons (protons et neutrons) dans les noyaux atomiques. Le modèle en couches du noyau atomique développé entre 1948 et 1950, en particulier par Johannes Hans D. Jensen (1907-1973) et Maria Goeppert-Mayer (1906-1972), colauréats du prix Nobel de physique en 1963, explique un grand nombre de propriétés structurales du noyau mais ne rend pas compte de la déformation de la distribution de charge souvent observée. James Rainwater et Aage Bohr avaient proposé en 1950 de considérer l'influence mutuelle des nucléons externes – dits de valence – et du cœur du noyau, et en particulier le couplage du mouvement de ces nucléons avec les oscillations de la surface nucléaire. Bohr et Mottelson établirent peu après la pertinence de ces idées par une analyse phénoménologique précise des conséquences de cette connexion entre mouvements collectifs – aussi bien de rotation que de vibration – et mouvements individuels des nucléons. Inspiré par la théorie BCS (pour Bardeen, Cooper et Schrieffer, ses auteurs) de la supraconductivité introduite en 1957, Mottelson propose d’autre part avec Bohr et David Pines (1924-2018) qu’un effet d’appariement explique les différences remarquées entre la stabilité des noyaux contenant des nombres pairs ou impairs de protons ou de neutrons.

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