Maria Goeppert – Mayer

Figlia di un professore di Pediatria che si trasferì ben presto a Göttingen; qui Maria passò tutta la giovinezza, in un ambiente accademico e di scienziati (lei costituiva la settima generazione di professori universitari nella famiglia del padre) e ben presto decise: I wasn’t going to be just a woman, intendendo una casalinga. Dopo le scuole pubbliche decise di entrare all’Università, cosa al tempo non facile per una donna: in effetti erano state chiuse le scuole pubbliche femminili e Maria dovette sostenere esami da privatista ad Hannover.

Entrò, nel 1924, all’Università “Georgia Augusta” universalmente nota solo come Göttingen, con l’intenzione di frequentare matematica, ma ben presto fu attratta dalla fisica. A Göttingen, allora all’apice della fama, insegnavano matematica Richard Courant e Hermann Weyl, ma soprattutto David Hilbert, vicino di casa e amico di famiglia, così come Max Born e James Franck. Durante gli anni di studio conobbe i più promettenti giovani fisici e matematici attratti dalla fama dell’Università, come Arthur Holly Compton, Max Delbrueck, P. A. M. Dirac, Enrico Fermi, Werner Heisenberg, John von Neumann, J. Robert Oppenheimer, Wolfgang Pauli, Linus Pauling, Leo Szilard, Edward Teller e Victor Weisskopf. Tra questi arrivò, per studiare con Franck, un chimico americano, Joseph Mayer, che Maria sposerà nel 1930.

Grazie a Max Born, che la invitò al suo seminario fisico, conobbe le meccanica quantistica, che allora nasceva proprio a Göttingen, e definitivamente le sue conoscenze matematiche si volsero in tale direzione. La sua tesi di dottorato sui processi di emissione di doppio fotone fu discussa davanti a tre premi Nobel, Born, Franck e Windaus, e più tardi venne definita da Wigner un capolavoro di chiarezza e concretezza.

Dopo il matrimonio, nel 1930 il marito ottenne un posto alla John Hopkins University a Baltimora, Maryland, e si trasferirono negli USA, dove per Maria (che nel 1933 ottenne la cittadinanza americana) non fu possibile, anche a causa della depressione, avere un posto nella stessa università del marito; tuttavia decise di continuare ad occuparsi di fisica, per passione ed ebbe la possibilità di frequentare le strutture del dipartimento di fisica e di avere un piccolo spazio per sé.

Insieme a Karl Hertzfield e al marito si dedicò alla chimica-fisica, mettendo a disposizione la sua competenza matematica e soprattutto la sua familiarità con la meccanica quantistica, allora praticamente sconosciuta alla John Hopkins. Ne risultarono importanti lavori e il libro di testo Statistical Mechanics, scritto insieme al marito, che continuò ad essere usato per più di 40 anni. In estate tornò spesso a Göttingen dove lavorò col suo professore Max Born e, nel 1935, pubblicò un fondamentale lavoro sul doppio decadimento β. Quando Franck arrivò a Baltimora e, soprattutto, Edward Teller nella vicina Washington, cominciò a sentir parlare di fisica nucleare.

Le sue lezioni, che teneva gratuitamente, erano chiare e ben organizzate, anche se dense e difficili data la sua grande abilità nel calcolo delle matrici e nel risolvere problemi, mentre era poco attratta dagli aspetti filosofici e interpretativi della meccanica quantistica. Gli studenti erano romanticamente affascinati da quella coppia di giovani entusiasti scienziati che chiamavano amichevolmente Joe and Mary.

Nel 1939 si trasferirono alla Columbia University, dove Maria non aveva una posizione ufficiale, ma conobbe Harold Urey, poi amico di tutta la vita, che la coinvolse nel progetto di separazione degli isotopi dell’uranio nell’ambito del progetto Manhattan (progetto SAM) e, soprattutto, rincontrò Enrico Fermi col quale lavorò sulla struttura elettronica degli elementi transuranici. Anche Edward Teller la ospitò per qualche mese a Los Alamos nel 1945, per discutere dei processi termonucleari.

Nel 1946, il marito ottenne un posto di Professore a Chicago e, ancora una volta, Maria lo seguì senza avere nessuna posizione accademica, ma poté lavorare come Professore Associato volontario, senza stipendio, all’Istituto di Studi Nucleari appena costituito (ora dedicato a Enrico Fermi). Grazie a Teller ottenne anche uno stipendio part-time presso l’Argonne National Laboratory (ora ‘Fermilab’), istituito nel 1946 dalla neonata Agenzia per l’Energia Atomica. Qui iniziò a dedicarsi alla fisica nucleare, qui si svilupparono le ricerche che la portarono al Premio Nobel, ma anche sugli usi pacifici dell’energia atomica, in particolare sui reattori, con calcoli effettuati utilizzando il primo computer, l’ENIAC.

A quel tempo, in effetti, non conosceva molto di fisica nucleare, ma l’ambiente scientifico di Chicago, dove lavorava con Fermi, Libby, Teller, Chandrasekhar, Gregor Wentzel (che divenne ancora più intimo quando il figlio sposò la primogenita dei Mayer, Maria Ann), ricordava la Göttingen della giovinezza, ancor più quando al gruppo si unì il suo professore e amico di sempre James Franck.

Tra i problemi affrontati, in connessione con l’origine degli elementi chimici, notò che l’abbondanza relativa degli elementi, la loro stabilità così come altre caratteristiche, potevano essere associate a particolari numeri di protoni e neutroni (2, 8, 20, 28, 50, 82, 126), quelli che Wigner chiamerà numeri magici ed arrivò a proporre un modello di nucleo a strati stabili simile al modello atomico (quello che venne chiamato shell model o modello a cipolla). La soluzione giusta ai problemi che il modello poneva venne stimolata da Fermi, che la invitò ad occuparsi dell’accoppiamento spin-orbita e nacque così il modello definitivo.

Mentre scriveva il lavoro venne a conoscenza di un articolo, di Haxel, Jensen e Suess, che proponeva una soluzione sostanzialmente simile e chiese che i due lavori, sviluppati indipendentemente, potessero essere pubblicati sullo stesso numero di Physical Review, ma alla fine il suo lavoro venne pubblicato sul numero successivo. Maria non conosceva allora Jensen, fisico di Heidelberg, ma dal 1951 iniziò una proficua collaborazione ed amicizia, culminata nella pubblicazione del loro libro Elementary Theory of Nuclear Shell Structure (1955). Per i loro contributi all’argomento ottennero insieme il Premio Nobel del 1963. È stata la prima donna ad avere un premio Nobel per la fisica teorica e seconda in assoluto dopo Marie Curie.

Dopo la morte di Fermi, nel 1954, molti scienziati lasciarono Chicago, e lei ottenne nel 1960 un posto di Professore Ordinario di fisica all’Università di California a San Diego. Finalmente il suo primo posto con regolare stipendio, che la gratificò moltissimo e stimolò alla formazione di un gruppo interdisciplinare di scienziati, anche se un colpo apoplettico e i conseguenti problemi di salute ne limitarono l’attività che, tuttavia, continuò fino alla morte.