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Maria Goeppert Mayer (ドイツ語: [ maˈʁiːa ˈɡœpɐt ˈmaɪɐ ]マリア・ゲッパート・マイヤー（旧姓ゲッパート、1906年6月28日 - 1972年2月20日）は、ドイツ系アメリカ人の理論物理学者で、1963年のノーベル物理学賞をJ・ハンス・D・イェンセン、・ウィグナーと共同受賞した。賞の半分は「原子核殻構造マリー・キュリーに次いで、ノーベル物理学賞を受賞した2人目の女性である。1986年には、彼女を称えて、若手女性物理学者を対象としたマリア・ゲッパート・マイヤー賞
ゲッティンゲン大学を卒業したゲッパート＝マイヤーは、原子による二光子吸収の可能性に関する理論で博士論文を執筆した。当時、彼女の論文を実験的に検証できる可能性は低いと思われていたが、 1960年代のレーザー開発によってそれが可能になった。現在、二光子吸収断面積の単位はゲッパート＝マイヤー（GM）単位と呼ばれている。
マリア・ゲッパートはアメリカ人化学者のジョセフ・エドワード・メイヤーと結婚し、彼がジョンズ・ホプキンス大学の准教授を務めていたアメリカに移住した。ジョンズ・ホプキンス大学は縁故主義を厳しく禁じていたため、彼女を教員として採用することはできなかったが、助手として採用され、 1935年に二重ベータ崩壊に関する画期的な論文を発表した。1937年、彼女はコロンビア大学に移り、無給の職に就いた。第二次世界大戦中、彼女はコロンビア大学でマンハッタン計画の同位体分離の研究に従事し、ロスアラモス研究所ではエドワード・テラーと共に熱核兵器の開発に携わった。
戦後、ゲッパート＝マイヤーはシカゴ大学（夫とテラーが勤務していた大学）の物理学の非常勤准教授となり、同大学が運営するアルゴンヌ国立研究所の上級物理学者となった。彼女は原子核殻の構造に関する数学モデルを開発し、1963年にノーベル物理学賞を受賞した。1960年には、カリフォルニア大学サンディエゴ校の物理学の正教授に任命された。[ 2 ] [ 3 ]
マリア・ゲッパートは1906年6月28日、ドイツのカトヴィッツ（現在のポーランド、カトヴィツェ）で、小児科医フリードリヒ・ゲッパートとマリア・ヴォルフの一人娘として生まれた。[ 4 ] 1910年、彼女は家族とともにゲッティンゲンに移り住み、そこで彼女の父[ 5 ]は6代目の大学教授[ 6 ]としてゲッティンゲン大学の小児科教授に任命された。[ 4 ]彼女は母親よりも父親に近かった。「まあ、父の方が面白かったわ」と彼女は後に説明している。「だって彼は科学者だったもの」[ 7 ]
ゲッパートは、高等教育を志す中流階級の女子のための学校であるゲッティンゲン高等技術学校で教育を受けた。 [ 8 ] 1921年、彼女は女子を大学進学に備えさせることを目的とした、女性参政権運動家が運営する私立高等学校であるフラウエンシュトゥディウムに入学した。彼女は17歳で、1年早く、学校の女子生徒3、4人と男子生徒30人と共に、大学入学試験であるアビトゥーアを受験した。女子生徒は全員合格したが、男子生徒は1人しか合格しなかった。[ 9 ]
1924年の春、ゲッパートはゲッティンゲン大学に入学し、数学を学んだ。[ 10 ]ゲッティンゲンに戻る前に、イギリスのケンブリッジ大学で1年間過ごした。女子校の女性数学教師が不足しているという噂から、失業率が高い時期に数学を学ぶ女性が急増し、ゲッティンゲンにはエミー・ネーターという女性数学教授もいたが、ほとんどの女性は教員免許を取得することだけに興味を持っていた。[ 11 ]
ゲッパートは物理学に興味を持ち、代わりに博士号を取得することにした。1931年の博士論文[ 12 ] [ 13 ]で、原子による二光子吸収の可能性に関する理論を構築した[ 10 ] 。ユージン・ウィグナーは後にこの論文を「明快さと具体性の傑作」と評した[ 14 ] 。当時、彼女の論文を実験的に検証できる可能性は低いと思われたが、レーザーの開発により、1961年にユーロピウムをドープした結晶で二光子励起蛍光が検出され、最初の実験的検証が可能になった[ 15 ]。この分野への彼女の根本的な貢献を称え、二光子吸収断面積の単位は「GM」と名付けられている。1 GMは10 −50 cm 4 s photon −1である。[ 16 ]彼女の審査員は、マックス・ボルン、ジェームズ・フランク、アドルフ・オットー・ラインホルト・ヴィンダウスの3人のノーベル賞受賞者（それぞれ1954年、1925年、1928年）であった。[ 17 ]
1930年1月19日、ゲッパートは、ジェームズ・フランクの助手の一人であったアメリカ人のロックフェラー・フェロー、ジョセフ・エドワード・メイヤーと結婚した。 [ 18 ] [ 19 ]二人はメイヤーがゲッパート家に下宿していた時に出会った。[ 20 ]二人はメイヤーの故郷であるアメリカ合衆国に移り住み、そこでメイヤーはメリーランド州のジョンズ・ホプキンス大学で化学の准教授の職を得た。[ 21 ]二人の間には、後にドナート・ウェンツェルと結婚したマリア・アンとピーター・コンラッドという二人の子供が生まれた。 [ 18 ]
縁故主義を厳しく禁じる規則により、ジョンズ・ホプキンス大学はゲッパート・マイヤーを教員として採用することができなかった。[ 22 ]多くの大学で縁故主義を防ぐために作られたこれらの規則は、この頃には本来の目的を失い、主に教員と結婚した女性の雇用を阻止するために使われていた。[ 23 ]彼女は物理学科の助手としてドイツ語の通信を扱う仕事に就き、非常に少ない給料と仕事場、施設の利用権を与えられた。彼女はいくつかの講義を担当し、[ 18 ] [ 24 ] 1935年に二重ベータ崩壊に関する重要な論文を発表した。[ 25 ]
学校によっては、彼女に仕事を与えるという厚かましいところもあったが、報酬は支払わず、テーマは色の原因解明など、典型的な「女性的」なものだった。シカゴ大学はついに彼女を真剣に受け止め、物理学の教授にした。彼女は自分のオフィスを与えられたものの、学科は依然として彼女に給料を支払わなかった。1963年にスウェーデン科学アカデミーが彼女がその分野で最高の栄誉を受賞したと発表したとき、サンディエゴの新聞は「SDの母親がノーベル賞を受賞」という見出しで彼女の晴れの日を祝った。[ 26 ] [ 27 ]
ジョンズ・ホプキンス大学では量子力学への関心は低かったが、ゲッパート＝マイヤーはこの分野でカール・ヘルツフェルトと共同研究を行った。彼らは、ヘルツフェルトの教え子であるAL・スクラーとのベンゼンのスペクトルに関する論文を含む、数多くの論文で協力した。[ 28 ] [ 29 ]また、1931年、1932年、1933年の夏にはゲッティンゲンに戻り、かつての試験官であるボルンと共同研究を行い、『物理学ハンドブック』に彼と記事を執筆した。これは1933年にナチ党が政権を握ると終わり、ボルンやフランクを含む多くの学者が職を失った。ユダヤ系の教授を追放した1933年の反ユダヤ法を憂慮したゲッパート＝マイヤーとヘルツフェルトは難民救援活動に関わった。[ 18 ] [ 24 ]
ジョー・メイヤーは1937年に解雇された。彼はこれを物理科学部長の女性嫌いが原因だとし、その原因はゲッパート・メイヤーが研究室にいたことにあると考えた。[ 30 ]ヘルツフェルトもこれに同意し、ゲッパート・メイヤー、フランク、ヘルツフェルトが全員ジョンズ・ホプキンス大学にいたため、ドイツ人科学者が多すぎると考える人もいたと付け加えた。また、メイヤーの化学の講義には現代物理学が多すぎるという学生からの苦情もあった。[ 31 ]メイヤーはコロンビア大学に職を得た。物理学科長のジョージ・B・ペグラムが彼女のためにオフィスを用意したが、彼女は給料を受け取らなかった。彼女はすぐに1939年にコロンビア大学に着任したハロルド・ユーリーとエンリコ・フェルミと親しくなり、[ 32 ] 3人とその家族は近くのニュージャージー州レオニアに住んでいた。[ 33 ]フェルミは彼女に未発見の超ウラン元素の価電子殻を調査するように依頼した。トーマス・フェルミモデルを用いて、彼女はそれらが希土類元素に似た新しい系列を形成すると予測した。これは正しいことが証明された。[ 32 ] 1941年、彼女はアメリカ物理学会のフェローに選出された。[ 34 ]
1941年12月、ゲッパート・マイヤーはニューヨークのサラ・ローレンス大学で科学を非常勤講師として教え、初めて有給の専門職に就いた。1942年春、米国が第二次世界大戦に巻き込まれる中、彼女はマンハッタン計画に参加した。彼女はコロンビア大学の代替合金材料（SAM）研究所でユーリーから非常勤の研究職を引き受けた。この計画の目的は、天然ウラン中の核分裂性ウラン235同位体を分離する方法を見つけることであった。彼女は六フッ化ウランの化学的および熱力学的性質を研究し、光化学反応による同位体分離の可能性を調査した。この方法は当時実用的ではないことが判明したが、後にレーザーの開発によりレーザー励起による同位体分離の可能性が開かれることになる。[ 35 ]
友人エドワード・テラーを通じて、ゲッパート・マイヤーはコロンビア大学の不透明度プロジェクトに職を得た。このプロジェクトは、テラーの「スーパー」爆弾、つまり熱核兵器開発のための戦時計画の開発を見据え、極めて高温での物質と放射線の特性を研究するものであった。[ 35 ] 1945年2月、ジョーは太平洋戦争に派遣され、彼女は子供たちをニューヨークに残し、ロスアラモス研究所のテラーのグループに加わることを決意した。ジョーは予想よりも早く太平洋から帰還し、1945年7月に二人は一緒にニューヨークに戻った。[ 35 ] [ 36 ]
1946 年 2 月、ジョーはシカゴ大学の化学科と新設の原子核研究所の教授となり、ゲッパート・マイヤーは同大学の物理学の非常勤准教授になることができた。テラーも同大学の職に就いたため、彼女は彼と共に不透明度に関する研究を続けることができた。1946 年 7 月 1 日に近隣のアルゴンヌ国立研究所が設立されると、彼女は理論物理学部門の上級物理学者としてパートタイムの仕事も提供された。彼女は「私は原子核物理学については何も知りません」と答えた。[ 37 ]彼女はアバディーン試験場のENIAC をモンテカルロ法を用いて液体金属冷却原子炉の臨界問題を解くように プログラムした。[ 38 ]シカゴ滞在中、マイヤーはヤコブ・ビゲライゼンと共にビゲライゼン・マイヤー方程式を導出した。[ 39 ]
1940年代後半にシカゴ大学とアルゴンヌ国立研究所に在籍していたゲッパート・マイヤーは、原子核殻の構造に関する数学モデルを開発し、1950年に発表した。[ 40 ] [ 41 ]彼女のモデルは、原子核内の特定の数の核子が特に安定した配置をもたらす理由を説明した。これらの数は、ユージン・ウィグナーが魔法数と呼んだもので、2、8、20、28、50、82、126である。ジョー・マイヤーが伝えた話によると、彼女はエンリコ・フェルミと話しているときに重要な洞察を得た。
フェルミとマリアが彼女のオフィスで話していると、エンリコが長距離電話に出るべくオフィスから呼び出された。ドアのところで彼は振り返り、スピン軌道結合についての質問をした。10分も経たないうちに彼は戻ってきて、マリアは彼に詳細な説明を矢継ぎ早に始めた。マリアは興奮すると早口で話すのに対し、エンリコはいつもゆっくりと詳細で体系的な説明を求めていたことを覚えているかもしれない。エンリコは微笑んで立ち去り、「明日、君が落ち着いたら説明してくれ」と言った。[ 42 ]
彼女は、原子核は一連の閉じた殻であり、中性子と陽子のペアは互いに結合する傾向があることに気づいていた。[ 43 ]彼女はその考えを次のように説明した。
ワルツを踊る人でいっぱいの部屋を想像してみてください。彼らが部屋の中を円を描いて回り、それぞれの円が別の円の中に収まっているとします。次に、それぞれの円の中に、1組が時計回りに、もう1組が反時計回りに回ることで、2倍の数のダンサーが入れると想像してみてください。さらに、もう1つのバリエーションを加えます。すべてのダンサーが部屋の中を回りながら、コマのようにぐるぐると回転し、それぞれのペアが回転しながら回ります。しかし、反時計回りに回る人のうち、回転しているのは一部だけです。残りの人は、反時計回りに回りながら時計回りに回転しています。時計回りに踊る人についても同じことが言えます。回転しているのは時計回りの人もいれば、反時計回りの人もいます。[ 44 ]
ドイツの科学者オットー・ヘクセル、J. ハンス・D・イェンセン、ハンス・ズースも同じ問題の解決に取り組んでおり、それぞれ独立して同じ結論に達した。彼らの結果は1949年6月にゲッパート・マイヤーより先にフィジカル・レビュー誌で発表されたが、彼女の論文は1949年2月に査読のために受理され、ドイツの著者らの論文は1949年4月に受理された。[ 45 ] [ 46 ]その後、彼女は彼らと共同研究を行った。イェンセンは1950年に彼女と共著で『原子核殻構造の初等理論』という本を出版した。[ 47 ] 1963年、ゲッパート・マイヤーとイェンセンは「原子核殻構造に関する発見」によりノーベル物理学賞の半分を共同受賞した。 [ 48 ] [ 49 ]その年のノーベル物理学賞のもう半分はユージン・ウィグナーに授与された。彼女はマリー・キュリーに次ぐ物理学分野で2人目の女性ノーベル賞受賞者であり[ 50 ]、 2018年にドナ・ストリックランドが受賞するまで半世紀以上にわたって最後の女性受賞者となった[ 27 ]。
1960年、ゲッパート・マイヤーはカリフォルニア大学サンディエゴ校の物理学教授に任命された。着任後まもなく脳卒中を患ったものの、その後数年間は教鞭を執り研究を続けた。[ 51 ] [ 52 ] 1972年2月20日、サンディエゴで心臓発作により65歳で死去した。[ 53 ]サンディエゴのエル・カミーノ記念公園に埋葬されている。 [ 54 ]
彼女の死後、アメリカ物理学会（APS）は、キャリアの初期段階にある若い女性物理学者を称えるためにマリア・ゲッパート＝メイヤー賞を創設した。博士号を持つすべての女性物理学者が対象で、受賞者には賞金と、4つの主要機関で自身の研究に関する客員講演を行う機会が与えられる。 [ 59 ] 2018年12月、APSは彼女の功績を称え、アルゴンヌ国立研究所をAPS史跡に指定した。[ 60 ]アルゴンヌ国立研究所は、毎年優秀な若い女性科学者またはエンジニアに賞を授与することで彼女を称えており、[ 61 ]カリフォルニア大学サンディエゴ校は毎年マリア・ゲッパート＝メイヤー・シンポジウムを開催し、女性研究者を集めて最新の科学について議論している。[ 62 ] 1996年、彼女は全米女性殿堂入りを果たした。[ 63 ] 2011年、彼女はメルビン・カルビン、アサ・グレイ、セベロ・オチョアとともに、アメリカの科学者コレクションの米国切手第3版に採用された。[ 64 ]彼女の論文はカリフォルニア大学サンディエゴ校のガイゼル図書館に所蔵されており、 [ 65 ]同大学の物理学科は、彼女と夫にちなんで名付けられたメイヤーホールにある。[ 66 ]金星の直径約35kmのゲッパート・メイヤー・クレーターも彼女にちなんで名付けられている。[ 67 ]