GOEPPERT-MAYER MARIA (1906-1972)

Physicienne américaine d’origine allemande, Maria Goeppert-Mayer reçut le prix Nobel de physique en 1963 pour avoir développé un modèle théorique du noyau atomique en accord avec les principes de la mécanique quantique et permettant de comprendre de nombreuses observations expérimentales.

Maria Goeppert naît le 28 juin 1906 à Katowice en Haute-Silésie (alors en Allemagne), mais passe toute sa jeunesse à Göttingen, où son père est professeur de pédiatrie à l’université Georgia-Augusta dont la renommée est alors mondiale. Certains des plus grands mathématiciens et physiciens de l’époque, tels David Hilbert (1862-1943), Max Born (1882-1970) et James Franck (1882-1964), fréquentent la famille Goeppert. Attirée par une carrière académique en mathématiques, et en l’absence de voie « normale » ouverte aux filles, Maria Goeppert doit suivre, à partir de 1921, une préparation dans une institution privée qui ferme ses portes prématurément. Elle parvient néanmoins à être admise au cursus mathématique universitaire dès le printemps de 1924. Max Born l’encourage alors à participer au séminaire de physique, au cours duquel elle assiste aux premiers développements de la physique quantique.

Elle passe son doctorat de physique théorique en 1930 sous la direction de Max Born, sur la description des processus dans lesquels deux photons sont émis par une particule chargée. Ces processus, trop rares pour être détectés à l’époque, ne révélèrent leur intérêt pour l’étude de certains états excités des noyaux que beaucoup plus tard, lorsque les techniques de détection furent améliorées. Peu après avoir soutenu sa thèse de doctorat, Maria Goeppert épouse le physico-chimiste américain Joseph Mayer (1904-1983) qui est alors l'assistant de James Franck – prix Nobel de physique en 1925 pour la découverte des lois gouvernant les interactions d'un électron et d'un atome – à Göttingen. Joseph Mayer ayant obtenu un poste à l’université Johns-Hopkins de Baltimore dans le Maryland, elle émigre peu après avec lui aux États-Unis. Le couple aura deux enfants.

L'université Johns-Hopkins de Baltimore les accueille (mais sans salaire pour elle) et elle y collabore avec Karl Herzfeld (1892-1978) sur la physico-chimie des molécules organiques. De 1939 à 1946, le couple Goeppert-Mayer rejoint l'université Columbia de New York. Maria Goeppert y travaille en particulier sur la possibilité de séparer les isotopes par des réactions photochimiques, dans le cadre du projet SAM (substitute alloysmaterials) ainsi que sur d’autres recherches classifiées liées à l’effort de fabrication d’une bombe nucléaire A ou H.

En 1946, Maria Goeppert-Mayer est enfin pleinement reconnue comme chercheuse en physique et devient membre du département de physique théorique du nouveau Laboratoire national d'Argonne (ANL), près de Chicago, où elle développe ses travaux en physique nucléaire avec Edward Teller (1908-2003) et Enrico Fermi (1901-1954). Elle restera à Chicago jusqu'en 1960 et y obtiendra ses résultats les plus fameux, en particulier le célèbre « modèle en couches » du noyau atomique, qui applique les concepts de couches électroniques – développés pour comprendre l’atome – aux protons et neutrons qui forment le noyau atomique. Maria Goeppert-Mayer fit l’hypothèse d’une forte interaction entre le mouvement de rotation intrinsèque des nucléons (quantifié par leur « spin ») et leur mouvement orbital, ce qui régule la structure des niveaux d'énergie des noyaux et impose la remarquable stabilité des noyaux contenant un « nombre magique » (2, 8, 20, 50, 82 ou 106) de protons ou de neutrons. Ces nombres magiques correspondent à des couches « nucléoniques » complètes. Les succès remarquables de ce modèle lui vaudront de partager le prix Nobel de physique en 1963 avec le physicien allemand Johannes Hans D. Jensen[...]