Maria Goeppert-Mayer: la fisica dei Numeri Magici 

La fisica è stata considerata per lungo tempo una faccenda da soli uomini e, proprio per questo, vi presentiamo la grandissima scienziata Maria Goeppert-Mayer partendo da una sua frase: “Non sarò soltanto una donna”.

In questo articolo useremo delle parole difficili: clicca sulle parole per approfondire gli argomenti!

Cenni biografici e primi studi

Maria Goeppert-Mayer nasce nel 1906 a Katowice, in Slesia (attuale Polonia meridionale): suo padre era un professore di pediatria, mentre la madre un’insegnante di lingua e musica. La famiglia Goeppert poteva vantare da generazioni di essere amanti del sapere ma tra tutti i suoi avi, l’unica donna a diventare docente universitaria sarà proprio Maria e non solo: passerà alla storia come la seconda donna che ottenne il premio Nobel per la fisica dopo Marie Curie. Dopo aver frequentato una scuola superiore per ragazze di classe media, dove sostenne l’esame di maturità a 17 anni, nel 1921 entrò in una scuola privata gestita da suffragette che preparava le ragazze per l’università: tre anni dopo, si iscrisse all’Università di Gottinga alla facoltà di matematica. È qui che Maria si interessò alla fisica e scelse di conseguire un dottorato importantissimo, la prima delle sue grandi scoperte.

Gli anni 30-60: verso il Nobel

Nel 1930, la studiosa pubblicò un dottorato sulla teoria di assorbimento a due fotoni, cioè l’assorbimento  di due fotoni di frequenze identiche o diverse, per eccitare una molecola da uno stato elettronico ad un altro di energia più elevata. La differenza di energia tra gli stati coinvolti, inferiore e superiore della molecola, è uguale alla somma delle energie dei due fotoni.La tecnologia del tempo tuttavia non consentiva di verificare la sua teoria. Solo nel 1961, grazie alla creazione dei laser da laboratorio, si poté eseguire la verifica. La sua tesi descritta come “capolavoro di chiarezza e concretezza”, venne letta e apprezzata da Eugene Wigner, fisico e matematico ungherese che collaborò alla teoria delle simmetrie in meccanica quantistica, nozione che aiuterà a sviluppare il modello del nucleo atomico, grandissima scoperta di Maria e i suoi collaboratori.
Sempre nel 1930, la Goeppert sposò l’americano Joseph Edward Mayer, anch’esso fisico e assistente di un docente importante alla Johns Hopkins University, negli Stati Uniti. A causa di questo legame, Maria non poté essere assunta formalmente ma divenne assistente presso il Dipartimento di Fisica e nel 1935 riuscì a pubblicare un’importante ricerca sul decadimento beta.
Quando nel 1933 salì al potere il partito nazista il lavoro dei due studiosi venne gravemente compromesso. Solo pochi anni dopo il signor Mayer venne licenziato e lui stesso attribuì il fatto alla relazione con Maria, una donna tedesca e accademica importante in un’università sessista e in una nazione quasi in guerra con la Germania. La coppia si trasferì a New York dove il signor Meyer ottenne un posto alla Columbia University mentre Maria lavorò senza stipendio, continuando a dedicarsi alla ricerca scientifica. 

Collaborando con due importanti studiosi, Harold Urey ed Enrico Fermi, scoprirono insieme dei nuovi elementi transuranici. Nel 1946 fu fondato l’Argonne National Laboratory, dove la Goeppert ottenne la posizione di Senior Physicist per fisica teorica: iniziò a dedicarsi alla fisica nucleare, agli usi pacifici dell’energia atomica utilizzando il primo computer ENIAC e a sviluppare quelle importanti ricerche che la portarono al Premio Nobel.

Il modello a shell del nucleo atomico e i numeri magici

In questi anni, la scienziata si dedicò allo studio degli isotopi, cioè atomi con lo stesso numero di protoni ma differente numero di neutroni e quindi, diverso numero di massa: scoprì che i nuclei con un preciso numero di protoni o neutroni erano particolarmente stabili. Questi numeri sono detti numeri magici e sono classificabili in questa serie: 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126. Da qui riuscì ad elaborare il modello del nucleo atomico chiamato a shell o a strati, struttura simile alla configurazione elettronica degli elettroni negli atomi e, infatti, i nuclei allo strato più esterno erano più stabili. Fu una rivoluzione: fino ad allora, veniva considerato esatto il modello a goccia poiché spiegava molto bene la fissione nucleare. 

Nel 1948 Maria inviò un articolo alla rivista Physical Review ma venne a conoscenza di un gruppo di fisici europei, guidati da Hans Jensen, che stava sperimentando la sua stessa tesi. Nel 1950 Jensen iniziò a collaborare con Maria, scrivendo un libro sul nuovo modello di nucleo e
nel 1963, vinsero insieme il Premio Nobel per la fisica. 

Continuando a studiare nel mondo accademico tra Chicago e Argonne, nel 1960 Maria divenne professoressa ordinaria di fisica all’Università della California a San Diego e continuò la ricerca in fisica nucleare fino alla sua morte, avvenuta nel 1972. 

Usando parole difficili e un po’ fuori dal comune abbiamo cercato di farvi capire la storia di questa grande donna, descrivendo il suo importante e difficile lavoro che non fu solo frutto del suo incredibile ingegno ma anche del suo amore per la fisica e la scienza, nonostante gli anni di lavoro non retribuiti e la poca considerazione ricevuta in quanto donna.
Maria Goeppert-Mayer ci ha insegnato anche, e soprattutto, che non bisogna arrendersi mai.

“La matematica somiglia a un rompicapo da risolvere, la fisica lo è ugualmente ma è un rompicapo creato dalla natura e non dalla mente dell’uomo” – Maria Goeppert-Meyer

Sitografia:

[1] http://www.stoccolmaaroma.it/2018/maria-goeppert-mayer-nobel-numeri-magici/

[2] https://it.wikipedia.org/wiki/Maria_Goeppert-Mayer

[3] https://scienzapertutti.infn.it/rubriche/biografie/2390-goeppert-mayer-maria