Maria Göppert Mayer : La femme non rémunérée qui a percé le noyau

Pendant près de trente ans, elle a travaillé sans salaire. Les universités, heureuses d'avoir son mari sur leur liste de paie, invoquaient des règles anti-népotisme pour l'en exclure, lui offrant un bureau, un titre de courtoisie, et rien d'autre. En 1963, le comité Nobel de Stockholm lui a attribué une part du prix de physique pour ses découvertes concernant la structure en couches nucléaire, faisant d'elle seulement la deuxième femme à le remporter, après Marie Curie en 1903, et la dernière pendant plus de cinquante ans.

Une enfance à Göttingen

Elle était l'enfant unique de Friedrich Göppert, pédiatre, et de Maria Wolff. Née le 28 juin 1906 à Kattowitz — alors allemande, aujourd'hui Katowice en Pologne — elle avait quatre ans quand la famille a déménagé à Göttingen, où son père a pris la chaire de pédiatrie.

Son père, selon ses propres mots, a été le parent qui l'a façonnée : « Eh bien, mon père était plus intéressant », disait-elle. « Il était après tout un scientifique. » Ses conseils lui sont parvenus sous une formulation directe : ne grandis pas pour devenir une femme, ce qui signifiait ne te contente pas d'être seulement une femme au foyer. Elle a fréquenté la Höhere Technische de Göttingen puis une école préparatoire dirigée par des suffragettes, et elle a passé l'Abitur à dix-sept ans, avec un an d'avance. Du petit groupe de filles qui ont passé l'examen avec elle, toutes ont réussi. Chez les garçons, un seul a réussi.

La thèse que personne ne pouvait tester

Elle est entrée à l'Université de Göttingen en 1924 pour étudier les mathématiques, a passé un an à Cambridge, puis est revenue. La physique a gagné. Son doctorat, terminé en 1931, traitait de l'absorption à deux photons par les atomes — une prédiction avec trois décennies d'avance sur la technologie nécessaire pour la confirmer, car seul le laser a rendu l'effet observable. Ses examinateurs étaient Max Born, James Franck et Adolf Windaus, tous trois futurs lauréats du prix Nobel. Eugene Wigner a plus tard qualifié la thèse de « chef-d'œuvre de clarté et de concret ». Le compliment a survécu à l'obscurité de l'article : l'unité que les physiciens utilisent aujourd'hui pour mesurer les sections efficaces d'absorption à deux photons s'appelle le Goeppert Mayer.

Trente ans sans salaire

En janvier 1930, elle a épousé le chimiste américain Joseph Edward Mayer et l'a suivi à Johns Hopkins, où il a obtenu un poste de professeur associé. Ils auront deux enfants, Maria Ann et Peter Conrad. Johns Hopkins avait des règles strictes contre l'emploi des conjoints du corps professoral ; on lui a donné un poste d'assistante avec un salaire nominal, un coin de bureau et l'accès aux bâtiments. Elle les a utilisés. Elle a enseigné, et en 1935 a publié un article important sur la double désintégration bêta, l'un des processus les plus rares et les plus difficiles à observer dans la nature.

Quand Joseph a été licencié en 1937 — l'hostilité départementale envers une femme dans le bâtiment était largement mise en cause — le couple a déménagé à Columbia, où elle a de nouveau reçu un bureau et aucun salaire, et a de nouveau produit des travaux, cette fois dans l'orbite de Harold Urey et Enrico Fermi. L'American Physical Society l'a élue membre en 1941. C'était en décembre de cette année-là, à trente-cinq ans, qu'elle a obtenu son premier poste universitaire rémunéré : un enseignement à temps partiel au Sarah Lawrence College. Après Pearl Harbor, elle a également repris les cours de Fermi à Columbia — sans salaire.

Les années de la bombe

Au printemps 1942, elle a rejoint les laboratoires du Projet Manhattan à Columbia, travaillant sur la séparation de l'uranium-235 et sur les propriétés de l'hexafluorure d'uranium. Edward Teller l'a ensuite entraînée dans le Projet Opacité, une étude sur le comportement de la matière et du rayonnement aux températures d'une explosion thermonucléaire, et en février 1945 elle est allée à Los Alamos pour travailler dans le groupe de Teller, retournant à New York en juillet. Son verdict sur les travaux sur l'opacité était typiquement sec : « Nous n'avons rien trouvé, et nous avons eu de la chance. »

Valser dans une salle de bal

En février 1946, Joseph a pris un poste de professeur à l'Institut d'études nucléaires de l'Université de Chicago. Elle est devenue professeure associée bénévole — non rémunérée, encore — et a simultanément pris un poste de physicienne principale à temps partiel au tout nouveau Laboratorio National d'Argonne. Sa première phrase à Argonne était qu'elle ne connaissait rien à la physique nucléaire. Elle a ensuite programmé l'ENIAC pour effectuer des calculs de Monte-Carlo sur la criticité des réacteurs.

Ce qu'elle a remarqué dans les données, c'est que les noyaux contenant 2, 8, 20, 28, 50, 82 ou 126 protons ou neutrons étaient inhabituellement stables. Wigner les a appelés les nombres magiques, et le nom est resté. Elle a proposé que les nucléons, comme les électrons dans un atome, occupent des couches d'énergie croissante, et qu'un noyau avec des couches complètement remplies est celui qui est fortement lié. Le premier article exposant ces preuves est apparu dans Physical Review en août 1948.

Le mécanisme manquait jusqu'à ce que Fermi, en sortant de son bureau, demande s'il y avait une preuve de couplage spin-orbite — du spin d'un nucléon interagissant avec son mouvement orbital. Elle a immédiatement vu que c'était la clé qui générait exactement cette séquence de nombres. « C'était comme un puzzle », a-t-elle dit. « Tout est devenu clair. » Fermi, la regardant expliquer cela rapidement, a souri et est parti : « Demain, quand tu seras moins excitée, tu pourras me l'expliquer. »

Elle aimait décrire le résultat comme une salle de bal. Pensez à une salle pleine de valseurs, disait-elle, cercle enfermé dans un cercle : vous pouvez mettre deux fois plus de danseurs si une paire tourne dans le sens des aiguilles d'une montre et l'autre dans le sens inverse.

En Allemagne, Otto Haxel, J. Hans D. Jensen et Hans Suess étaient arrivés à la même conclusion indépendamment ; leur annonce est arrivée en premier, en juin 1949, bien que sa soumission ait été plus précoce, en février. Plutôt que de se battre pour cela, elle et Jensen sont devenus collaborateurs et amis, co-rédigeant Elementary Theory of Nuclear Shell Structure en 1950. Treize ans plus tard, ils ont partagé la moitié du prix Nobel de physique de 1963 ; Wigner a pris l'autre moitié.

Pourquoi Maria est appelée un génie

La qualité démontrée dans son meilleur travail est la reconnaissance de motifs opérant sur des nombres que tout le monde pouvait voir et que personne d'autre ne pouvait lire. Les nombres magiques n'étaient pas cachés ; ils figuraient dans des tables publiées de stabilité nucléaire. Ce qu'elle a fourni était la conviction qu'une liste à l'aspect irrégulier — 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 — était la signature d'une structure, puis l'appareil mathématique pour dériver cette liste exacte à partir du couplage spin-orbite plutôt que de le bricoler. Sa thèse de doctorat montre le même trait sur un ton différent : une prédiction correcte d'un effet physique trente ans avant que quiconque puisse le mesurer, que Wigner a jugé « chef-d'œuvre de clarté et de concret ».

Le contre-argument honnête a deux parties. Premièrement, la priorité : Haxel, Jensen et Suess y sont arrivés indépendamment et presque simultanément, ce qui est le signe classique d'une idée dont le temps était venu plutôt qu'un saut qu'un seul esprit pouvait faire. Deuxièmement, l'indice décisif est venu de la question de Fermi sur le couplage spin-orbite — elle ne l'a pas généré elle-même, bien qu'elle ait reconnu en quelques secondes ce que cela signifiait, ce qui est une forme de compétence en soi. Face à cela : elle a fait ce travail tout en n'occupant aucun poste rémunéré, dans un domaine où elle était entrée tardivement, ayant appris la physique nucléaire par elle-même après avoir dit clairement qu'elle n'en connaissait aucune. Que le mot génie convienne ou non, cette combinaison de persévérance et de vitesse d'intuition est ce que le comité Nobel a finalement certifié.

Après

En 1960, après cinquante ans, elle a finalement été nommée professeure titulaire à l'Université de Californie à San Diego. Un accident vasculaire cérébral peu après son arrivée n'a pas arrêté son enseignement ni ses recherches. Elle est décédée d'une crise cardiaque à San Diego le 20 février 1972, à l'âge de 65 ans.

Son nom est maintenant attaché aux choses qui lui ont longtemps été refusées : l'unité Goeppert Mayer en optique, le prix de l'American Physical Society pour les femmes physiciens en début de carrière établi en 1986, Mayer Hall à l'UC San Diego, un prix à Argonne, un cratère sur Vénus, une place en 1996 au National Women's Hall of Fame, et un timbre postal américain émis en 2011.