Maria Göppert Mayer: Die unbezahlte Frau, die den Kern knackte

Fast dreißig Jahre lang arbeitete sie ohne Gehalt. Universitäten, die froh waren, ihren Ehemann auf der Gehaltsliste zu haben, beriefen sich auf Anti-Nepotismus-Regeln, um sie davon fernzuhalten, und überließen ihr einen Schreibtisch, einen Höflichkeitstitel und sonst nichts. 1963 verlieh ihr das Nobelkomitee in Stockholm einen Anteil des Physik-Nobelpreises für ihre Entdeckungen zur Schalenstruktur des Atomkerns – was sie zur erst zweiten Frau machte, die ihn gewann, nach Marie Curie im Jahr 1903, und zur letzten für mehr als fünfzig Jahre danach.

Eine Kindheit in Göttingen

Sie war das einzige Kind von Friedrich Göppert, einem Kinderarzt, und Maria Wolff. Geboren am 28. Juni 1906 in Kattowitz – damals deutsch, heute Katowice in Polen –, war sie vier Jahre alt, als die Familie nach Göttingen zog, wo ihr Vater den Lehrstuhl für Kinderheilkunde übernahm.

Ihr Vater war, nach ihrer eigenen Darstellung, der Elternteil, der sie prägte: „Nun, mein Vater war interessanter“, sagte sie. „Er war schließlich ein Wissenschaftler.“ Sein Rat an sie ist in einer unverblümten Formulierung überliefert – werde nicht zu einer Frau, was bedeutete, gib dich nicht damit zufrieden, nur eine Hausfrau zu sein. Sie besuchte die Höhere Technische in Göttingen und dann eine von Suffragetten geführte Vorbereitungsschule, und sie legte das Abitur mit siebzehn Jahren ab, ein Jahr früher als üblich. Von der kleinen Gruppe von Mädchen, die die Prüfung mit ihr ablegten, bestanden alle. Von den Jungen bestand einer.

Die Dissertation, die niemand prüfen konnte

Sie kam 1924 an die Universität Göttingen, um Mathematik zu studieren, verbrachte ein Jahr in Cambridge und kehrte zurück. Die Physik siegte. Ihre 1931 fertiggestellte Doktorarbeit befasste sich mit der Zwei-Photonen-Absorption durch Atome – eine Vorhersage, die drei Jahrzehnte vor der Technologie lag, die zu ihrer Bestätigung nötig war, da erst der Laser den Effekt beobachtbar machte. Ihre Prüfer waren Max Born, James Franck und Adolf Windaus, die alle drei selbst den Nobelpreis gewinnen sollten. Eugene Wigner nannte die Arbeit später „ein Meisterwerk an Klarheit und Konkretheit“. Das Kompliment hat die Unbekanntheit der Arbeit überlebt: Die Einheit, mit der Physiker heute die Wirkungsquerschnitte der Zwei-Photonen-Absorption messen, heißt Goeppert Mayer.

Dreißig Jahre ohne Gehalt

Im Januar 1930 heiratete sie den amerikanischen Chemiker Joseph Edward Mayer und folgte ihm an die Johns Hopkins University, wo er eine außerordentliche Professur erhielt. Sie bekamen zwei Kinder, Maria Ann und Peter Conrad. Johns Hopkins hatte strenge Regeln gegen die Beschäftigung von Ehepartnern von Fakultätsmitgliedern; sie erhielt eine Assistentenstelle mit einem nominellen Gehalt, eine Ecke im Büro und Zugang zu den Gebäuden. Sie nutzte dies. Sie unterrichtete und veröffentlichte 1935 eine bedeutende Arbeit über den doppelten Betazerfall, einen der seltensten und am schwersten zu beobachtenden Prozesse in der Natur.

Als Joseph 1937 entlassen wurde – die Feindseligkeit des Fachbereichs gegenüber einer Frau im Gebäude wurde weithin dafür verantwortlich gemacht –, zog das Paar nach Columbia, wo sie erneut ein Büro ohne Bezahlung erhielt und wieder Arbeit produzierte, diesmal im Umfeld von Harold Urey und Enrico Fermi. Die American Physical Society wählte sie 1941 zum Fellow. Erst im Dezember jenes Jahres, mit fünfunddreißig Jahren, erhielt sie ihre erste bezahlte akademische Anstellung: Teilzeitunterricht am Sarah Lawrence College. Nach Pearl Harbor übernahm sie auch Fermis Klassen in Columbia – unbezahlt.

Die Bombenjahre

Im Frühjahr 1942 trat sie den Substitute Alloy Materials-Laboren des Manhattan-Projekts in Columbia bei und arbeitete an der Trennung von Uran-235 sowie an den Eigenschaften von Uranhexafluorid. Edward Teller zog sie dann in das Opacity Project, eine Untersuchung darüber, wie sich Materie und Strahlung bei den Temperaturen einer thermonuklearen Explosion verhalten, und im Februar 1945 ging sie nach Los Alamos, um in Tellers Gruppe zu arbeiten, und kehrte im Juli nach New York zurück. Ihr Urteil über die Opazitätsarbeit war bezeichnenderweise trocken: „Wir fanden nichts, und wir hatten Glück.“

Walzer in einem Ballsaal

Im Februar 1946 nahm Joseph eine Professur am Institute for Nuclear Studies der University of Chicago an. Sie wurde zur ehrenamtlichen außerordentlichen Professorin ernannt – wieder unbezahlt – und nahm gleichzeitig einen Teilzeitjob als leitende Physikerin am neu gegründeten Argonne National Laboratory an. Ihr erster Satz in Argonne war, dass sie nichts von Kernphysik verstehe. Dann programmierte sie den ENIAC für Monte-Carlo-Berechnungen zur Reaktorkritikalität.

Was sie in den Daten bemerkte, war, dass Kerne mit 2, 8, 20, 28, 50, 82 oder 126 Protonen oder Neutronen ungewöhnlich stabil waren. Wigner nannte diese die magischen Zahlen, und der Name blieb. Sie schlug vor, dass Nukleonen, wie Elektronen in einem Atom, Schalen steigender Energie besetzen und dass ein Kern mit vollständig gefüllten Schalen der fest gebundene ist. Die erste Arbeit, die die Beweise darlegte, erschien im August 1948 in Physical Review.

Der Mechanismus fehlte, bis Fermi, als er ihr Büro verließ, fragte, ob es Beweise für eine Spin-Bahn-Kopplung gebe – dafür, dass der Spin eines Nukleons mit seiner Bahnbewegung interagiert. Sie erkannte sofort, dass dies der Schlüssel war, der genau diese Zahlenfolge erzeugte. „Es war wie ein Puzzlespiel“, sagte sie. „Alles wurde klar.“ Fermi, der ihr bei der schnellen Erklärung zusah, lächelte und ging: „Morgen, wenn du weniger aufgeregt bist, kannst du es mir erklären.“

Sie beschrieb das Ergebnis gerne als einen Ballsaal. Denken Sie an einen Raum voller Walzerpaare, sagte sie, ein Kreis in einem Kreis: Man kann doppelt so viele Tänzer unterbringen, wenn ein Paar im Uhrzeigersinn und ein anderes gegen den Uhrzeigersinn dreht.

In Deutschland waren Otto Haxel, J. Hans D. Jensen und Hans Suess unabhängig zu demselben Ergebnis gekommen; ihre Ankündigung erfolgte zuerst, im Juni 1949, obwohl ihre Einreichung früher war, im Februar. Anstatt sich darüber zu streiten, wurden sie und Jensen Mitarbeiter und Freunde und schrieben 1950 gemeinsam Elementary Theory of Nuclear Shell Structure. Dreizehn Jahre später teilten sie sich die Hälfte des Physik-Nobelpreises von 1963; Wigner erhielt die andere Hälfte.

Warum Maria als Genie bezeichnet wird

Die Qualität, die in ihrer besten Arbeit zum Ausdruck kommt, ist Mustererkennung, die auf Zahlen angewendet wurde, die jeder andere sehen konnte und niemand sonst lesen konnte. Die magischen Zahlen waren nicht verborgen; sie standen in veröffentlichten Tabellen zur Kernstabilität. Was sie lieferte, war die Überzeugung, dass eine unregelmäßig aussehende Liste – 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 – die Signatur einer Struktur sei, und dann den mathematischen Apparat, um diese exakte Liste aus der Spin-Bahn-Kopplung abzuleiten, anstatt sie zu fälschen. Ihre Doktorarbeit zeigt denselben Zug in einer anderen Tonart: eine korrekte Vorhersage eines physikalischen Effekts dreißig Jahre bevor jemand ihn messen konnte, was Wigner als „ein Meisterwerk an Klarheit und Konkretheit“ beurteilte.

Das ehrliche Gegenargument hat zwei Teile. Erstens: Priorität: Haxel, Jensen und Suess kamen unabhängig und fast gleichzeitig darauf, was das klassische Zeichen für eine Idee ist, deren Zeit gekommen war, anstatt für einen Sprung, den nur ein Geist machen konnte. Zweitens: Der entscheidende Hinweis kam von Fermis Frage zur Spin-Bahn-Kopplung – sie hat ihn nicht selbst generiert, obwohl sie in Sekunden erkannte, was er bedeutete, was eine eigene Form von Fähigkeit ist. Dem entgegen steht: Sie leistete diese Arbeit, während sie keine bezahlte Stelle innehatte, in einem Feld, das sie spät betreten hatte, nachdem sie sich die Kernphysik selbst beigebracht hatte, nachdem sie offen gesagt hatte, dass sie keine Ahnung davon habe. Ob das Wort Genie passt oder nicht, diese Kombination aus Ausdauer und Schnelligkeit der Einsicht ist das, was das Nobelkomitee letztlich zertifizierte.

Danach

1960, weit über fünfzig, wurde sie schließlich an der University of California, San Diego, zur ordentlichen Professorin ernannt. Ein Schlaganfall kurz nach ihrer Ankunft stoppte weder ihre Lehre noch ihre Forschung. Sie starb am 20. Februar 1972 im Alter von 65 Jahren in San Diego an einem Herzinfarkt.

Ihr Name ist nun mit den Dingen verbunden, die ihr lange verwehrt blieben: der Goeppert-Mayer-Einheit in der Optik, dem 1986 gegründeten Preis der American Physical Society für Physikerinnen am Anfang ihrer Karriere, der Mayer Hall an der UC San Diego, einem Preis in Argonne, einem Krater auf der Venus, einem Platz 1996 in der National Women's Hall of Fame und einer US-Briefmarke aus dem Jahr 2011.