Maria Göppert Mayer: La donna non retribuita che ha decifrato il nucleo

Per quasi trent'anni ha lavorato senza stipendio. Le università che erano liete di avere suo marito nel libro paga invocavano regole anti-nepotismo per tenerla fuori, consegnandole una scrivania, un titolo di cortesia e nient'altro. Nel 1963 il comitato Nobel di Stoccolma le ha conferito una parte del Premio per la Fisica per le scoperte relative alla struttura a guscio nucleare, rendendola solo la seconda donna a vincerlo, dopo Marie Curie nel 1903, e l'ultima per oltre cinquant'anni dopo.

Un'infanzia a Gottinga

Era l'unica figlia di Friedrich Göppert, pediatra, e di Maria Wolff. Nata il 28 giugno 1906 a Kattowitz — allora tedesca, oggi Katowice in Polonia — aveva quattro anni quando la famiglia si trasferì a Gottinga, dove suo padre ottenne la cattedra di pediatria.

Suo padre, secondo il suo stesso racconto, è stato il genitore che l'ha formata: «Beh, mio padre era più interessante», diceva. «Dopo tutto era uno scienziato». Il suo consiglio per lei è giunto sotto forma di una formulazione schietta: non crescere per diventare una donna, il che significava non accontentarsi di essere solo una casalinga. Frequentò la Höhere Technische di Gottinga e poi una scuola preparatoria gestita dalle suffragette, e sostenne l'Abitur a diciassette anni, un anno in anticipo. Del piccolo gruppo di ragazze che sostenne l'esame insieme a lei, tutte superarono la prova. Dei ragazzi, uno solo ci riuscì.

La tesi che nessuno poteva verificare

Entrò all'Università di Gottinga nel 1924 per studiare matematica, trascorse un anno a Cambridge e tornò. La fisica ebbe la meglio. Il suo dottorato, completato nel 1931, trattava dell'assorbimento a due fotoni da parte degli atomi — una previsione tre decenni avanti rispetto alla tecnologia necessaria per confermarla, poiché solo il laser ha reso l'effetto osservabile. I suoi esaminatori furono Max Born, James Franck e Adolf Windaus, tutti e tre futuri vincitori del premio Nobel. Eugene Wigner ha in seguito definito la tesi «un capolavoro di chiarezza e concretezza». Il complimento è sopravvissuto all'oscurità dell'articolo: l'unità che i fisici usano oggi per misurare le sezioni d'urto di assorbimento a due fotoni si chiama Goeppert Mayer.

Trent'anni senza stipendio

Nel gennaio 1930 ha sposato il chimico americano Joseph Edward Mayer e lo ha seguito alla Johns Hopkins, dove lui ha ottenuto una cattedra associata. Avrebbero avuto due figli, Maria Ann e Peter Conrad. La Johns Hopkins aveva regole severe contro l'assunzione dei coniugi del corpo docente; a lei fu dato un posto da assistente con uno stipendio nominale, un angolo di ufficio e l'accesso agli edifici. Lei li usò. Ha insegnato e nel 1935 ha pubblicato un articolo significativo sul doppio decadimento beta, uno dei processi più rari e difficili da osservare in natura.

Quando Joseph fu licenziato nel 1937 — l'ostilità del dipartimento verso una donna nell'edificio fu ampiamente incolpata — la coppia si è trasferita a Columbia, dove lei ha ricevuto di nuovo un ufficio senza stipendio e ha prodotto di nuovo lavoro, questa volta nell'orbita di Harold Urey ed Enrico Fermi. L'American Physical Society l'ha eletta membro nel 1941. Fu nel dicembre di quell'anno, a trentacinque anni, che ottenne il suo primo incarico accademico retribuito: insegnamento part-time al Sarah Lawrence College. Dopo Pearl Harbor ha anche preso in carico le classi di Fermi alla Columbia — non pagata.

Gli anni della bomba

Nella primavera del 1942 è entrata a far parte dei laboratori di materiali in lega sostitutivi del Progetto Manhattan alla Columbia, lavorando alla separazione dell'uranio-235 e alle proprietà dell'esafluoruro di uranio. Edward Teller l'ha poi trascinata nel Progetto Opacità, un'indagine su come la materia e la radiazione si comportano alle temperature di un'esplosione termonucleare, e nel febbraio 1945 è andata a Los Alamos per lavorare nel gruppo di Teller, tornando a New York a luglio. Il suo verdetto sul lavoro sull'opacità è stato tipicamente asciutto: «Non abbiamo trovato nulla e siamo stati fortunati».

Valser in una sala da ballo

Nel febbraio 1946 Joseph ha ottenuto una cattedra all'Istituto di Studi Nucleari dell'Università di Chicago. Lei è stata nominata professoressa associata volontaria — non retribuita, ancora una volta — e contemporaneamente ha accettato un lavoro part-time come fisica senior presso il neonato Argonne National Laboratory. La sua frase di apertura ad Argonne fu che non sapeva nulla di fisica nucleare. Ha poi programmato l'ENIAC per eseguire calcoli Monte Carlo sulla criticità del reattore.

Ciò che notò nei dati fu che i nuclei contenenti 2, 8, 20, 28, 50, 82 o 126 protoni o neutroni erano insolitamente stabili. Wigner li ha chiamati numeri magici, e il nome è rimasto. Ha proposto che i nucleoni, come gli elettroni in un atomo, occupino gusci di energia crescente e che un nucleo con gusci completamente pieni sia quello strettamente legato. Il primo articolo che esponeva le prove è apparso su Physical Review nell'agosto 1948.

Il meccanismo mancava finché Fermi, uscendo dal suo ufficio, ha chiesto se ci fosse qualche prova di accoppiamento spin-orbita — dello spin di un nucleone che interagisce con il suo moto orbitale. Ha visto subito che quella era la chiave che generava esattamente quella sequenza di numeri. «Era come un puzzle», ha detto. «Tutto è diventato chiaro». Fermi, guardandola spiegare rapidamente, ha sorriso e se n'è andato: «Domani, quando sarai meno agitata, potrai spiegarmelo».

Le piaceva descrivere il risultato come una sala da ballo. Pensate a una stanza piena di valzeristi, diceva, cerchio racchiuso nel cerchio: si possono inserire il doppio dei ballerini se una coppia gira in senso orario e un'altra in senso antiorario.

In Germania, Otto Haxel, J. Hans D. Jensen e Hans Suess erano giunti alla stessa conclusione in modo indipendente; il loro annuncio arrivò per primo, nel giugno 1949, sebbene la sua presentazione fosse precedente, a febbraio. Piuttosto che litigare, lei e Jensen sono diventati collaboratori e amici, co-autori di Elementary Theory of Nuclear Shell Structure nel 1950. Tredici anni dopo hanno condiviso metà del Premio Nobel per la Fisica del 1963; Wigner ha preso l'altra metà.

Perché Maria è chiamata un genio

La qualità in mostra nel suo lavoro migliore è il riconoscimento di schemi che operano su numeri che tutti gli altri potevano vedere e nessuno poteva leggere. I numeri magici non erano nascosti; sedevano in tabelle pubblicate di stabilità nucleare. Ciò che lei ha fornito è stata la convinzione che una lista dall'aspetto irregolare — 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 — fosse la firma di una struttura, e poi l'apparato matematico per derivare quella lista esatta dall'accoppiamento spin-orbita invece di falsificarla. La sua tesi di dottorato mostra lo stesso tratto in una chiave diversa: una previsione corretta di un effetto fisico trent'anni prima che qualcuno potesse misurarlo, che Wigner ha giudicato «un capolavoro di chiarezza e concretezza».

Il controargomento onesto ha due parti. Primo, la priorità: Haxel, Jensen e Suess ci sono arrivati in modo indipendente e quasi simultaneo, il che è il segno classico di un'idea il cui tempo era arrivato piuttosto che un salto che solo una mente poteva fare. Secondo, il suggerimento decisivo è venuto dalla domanda di Fermi sull'accoppiamento spin-orbita — lei non l'ha generato da sola, sebbene abbia riconosciuto in pochi secondi cosa significasse, il che è un suo tipo di abilità. Contro questo: lei ha svolto questo lavoro senza occupare alcuna posizione retribuita, in un campo in cui era entrata in ritardo, avendo imparato la fisica nucleare da sola dopo aver detto chiaramente che non ne sapeva nulla. Che la parola genio si adatti o meno, quella combinazione di persistenza e velocità di intuizione è ciò che il comitato Nobel ha infine certificato.

Dopo

Nel 1960, superati i cinquant'anni, è stata finalmente nominata professoressa ordinaria all'Università della California, San Diego. Un ictus poco dopo il suo arrivo non ha fermato il suo insegnamento o la sua ricerca. È morta di infarto a San Diego il 20 febbraio 1972, all'età di 65 anni.

Il suo nome è ora legato alle cose che le sono state negate a lungo: l'unità Goeppert Mayer in ottica, il premio dell'American Physical Society per le donne fisiche a inizio carriera istituito nel 1986, la Mayer Hall alla UC San Diego, un premio ad Argonne, un cratere su Venere, un posto nel 1996 nella National Women's Hall of Fame e un francobollo statunitense emesso nel 2011.