マリア・ゲッパート＝メイヤー: 原子核を解明した無給の女性

彼女はほぼ30年間、無給で働いていた。夫が給与名簿に載ることを喜んだ大学側は、反縁故主義の規則を盾に彼女を排除し、デスクと形式的な肩書き以外は何も与えなかった。1963年、ストックホルムのノーベル委員会は、原子核の殻構造に関する発見に対して物理学賞の一部を彼女に授与した。これは、1903年のマリー・キュリー (Marie Curie) に次いで、女性としては史上2人目、そしてその後50年以上で最後の受賞となった。

ゲッティンゲンでの子供時代

彼女は、小児科医フリードリヒ・ゲッパート (Friedrich Göppert) とマリア・ヴォルフ (Maria Wolff) の一人娘として生まれた。1906年6月28日にカトヴィッツ (Kattowitz、現在のポーランドのカトヴィツェ) で生まれた彼女は、4歳の時に家族でゲッティンゲンに移住し、父はそこで小児科学の教授職に就いた。

彼女自身によれば、自分を形作ったのは父だった。「そうね、父の方が面白かったわ」と彼女は語った。「結局のところ、彼は科学者だったの」。彼女に対する父の助言は、辛辣な言葉として伝えられている。「女性になるために育つな」、つまり主婦になるだけで満足するな、という意味であった。彼女はゲッティンゲンの高等技術学校 (Höhere Technische) に通い、その後、サフラジェットが運営する予備校を経て、17歳でアビトゥアに1年早く合格した。彼女と一緒に試験を受けた少人数の女子グループは全員合格し、男子は1人しか合格しなかった。

誰も検証できなかった論文

彼女は1924年にゲッティンゲン大学に入学して数学を専攻し、ケンブリッジで1年過ごした後、戻ってきた。物理学が勝利した。1931年に完成した彼女の博士論文は、原子による2光子吸収を扱ったものだった。これは、それを証明するために必要な技術が登場する30年も前の予測であり、レーザーが登場して初めてその効果が観測可能になった。審査員はマックス・ボルン (Max Born)、ジェームズ・フランク (James Franck)、アドルフ・ヴィンダウス (Adolf Windaus) で、3人とも後にノーベル賞を受賞した。ユージン・ウィグナー (Eugene Wigner) は後に、この論文を「明晰さと具体性の傑作」と呼んだ。その賛辞は論文の知名度を上回っており、現在物理学者が2光子吸収断面積を測定する際に用いる単位はゲッパート＝メイヤーと呼ばれている。

30年間の無給期間

1930年1月、彼女はアメリカの化学者ジョセフ・エドワード・メイヤー (Joseph Edward Mayer) と結婚し、彼が准教授に就任したジョンズ・ホプキンス大学について行った。2人の間にはマリア・アンとピーター・コンラッドという2人の子供が生まれた。ジョンズ・ホプキンス大学には、教員の配偶者を雇用することに対する厳しい規則があった。彼女は名目上の給与、隅のオフィススペース、建物へのアクセス権を与えられた助手としての職を得た。彼女はそれらを活用した。彼女は教鞭を執り、1935年には自然界で最も稀で観測が困難なプロセスの一つである二重ベータ崩壊に関する重要な論文を発表した。

1937年にジョセフが解雇された時 — 建物の女性に対する学科の敵意が原因と広く言われた — 夫婦はコロンビア大学に移った。そこでも彼女は給与なしでオフィスを与えられ、ハロルド・ユーリー (Harold Urey) やエンリコ・フェルミ (Enrico Fermi) の周辺で再び研究成果を生み出した。アメリカ物理学会は1941年に彼女をフェローに選出した。彼女が初めて有給の学術職に就いたのは、その年の12月、35歳の時であり、サラ・ローレンス大学での非常勤講師だった。真珠湾攻撃後、彼女はコロンビア大学でフェルミの授業も無給で引き継いだ。

原爆開発の時代

1942年春、彼女はコロンビア大学でのマンハッタン計画の代替合金材料研究所に参加し、ウラン235の分離や六フッ化ウランの特性について研究した。エドワード・テラー (Edward Teller) はその後、彼女を不透明度プロジェクト (Opacity Project) に引き入れた。これは、熱核爆発の温度下で物質と放射線がどのように振る舞うかを調べる調査だった。1945年2月、彼女はテラーのグループで働くためにロスアラモスに行き、7月にニューヨークに戻った。不透明度に関する研究についての彼女の評は、典型的に淡々としたものだった。「何も見つからなかったし、運が良かったわ」。

舞踏会のワルツダンサー

1946年2月、ジョセフはシカゴ大学の原子核研究所で教授職に就いた。彼女は再び無給でボランティアの准教授となり、同時に新設されたアルゴンヌ国立研究所で非常勤の上級物理学者の職を得た。アルゴンヌでの最初の挨拶で、彼女は原子核物理学について何も知らないと言った。その後、彼女はENIACをプログラムし、原子炉の臨界に関するモンテカルロ計算を実行した。

彼女がデータの中で気づいたのは、陽子または中性子が2、8、20、28、50、82、または126個含まれる核は異常に安定しているということだった。ウィグナーはこれらを魔法数と呼び、その名前が定着した。彼女は、原子内の電子のように、核子もエネルギーが増大する殻を占めており、完全に満たされた殻を持つ核が強く結合していると提案した。その証拠を提示した最初の論文は、1948年8月の Physical Review に掲載された。

そのメカニズムは、フェルミが彼女のオフィスを出る際に、スピン軌道結合 — 核子のスピンが軌道運動と相互作用すること — の証拠があるかどうかを尋ねるまで欠けていた。彼女は、それこそがまさにその数字のシーケンスを生み出す鍵であることを即座に理解した。「まるでジグソーパズルのようだったわ」と彼女は言った。「すべてが明確になったの」。彼女がそれを速い口調で説明するのを見ていたフェルミは、微笑んで立ち去った。「明日、落ち着いた時に説明してくれ」。

彼女はこの結果を舞踏会場になぞらえて説明するのが好きだった。ワルツを踊る人々でいっぱいの部屋を想像してみて、と彼女は言った。円の中に円がある。あるペアが時計回りに回り、別のペアが反時計回りに回れば、2倍のダンサーを収容できるのよ。

ドイツでは、オットー・ハクセル (Otto Haxel)、J・ハンス・D・イェンセン (J. Hans D. Jensen)、ハンス・スース (Hans Suess) が独立して同じ結論に達していた。彼らの発表は1949年6月で、彼女の投稿のほうが2月と早かった。争うのではなく、彼女とイェンセンは協力者かつ友人となり、1950年に Elementary Theory of Nuclear Shell Structure を共著した。13年後、彼らは1963年のノーベル物理学賞の半分を分け合い、もう半分はウィグナーが受け取った。

なぜマリアは天才と呼ばれるのか

彼女の最も優れた研究に現れている能力は、誰もが目にでき、誰も解釈できなかった数字に対するパターン認識である。魔法数は隠されていたわけではなく、出版された原子核の安定性に関する表の中にあった。彼女がもたらしたのは、2、8、20、28、50、82、126という不規則に見えるリストが、ある構造の署名であるという確信であり、それをごまかすのではなく、スピン軌道結合から導き出すための数学的装置だった。彼女の博士論文もまた、異なる形で同じ特徴を示している。物理的効果を、測定可能になる30年も前に正しく予測したことは、ウィグナーに「明晰さと具体性の傑作」と評された。

誠実な反論には2つの側面がある。第一に優先順位である。ハクセル、イェンセン、スースもほぼ同時に独立して到達しており、これは1人の天才にしかできない飛躍というよりは、時代が求めていたアイデアの兆候である。第二に、スピン軌道結合についてのフェルミからの問いかけという決定的なヒントがあったことである。彼女自身がそれを見出したわけではないが、それが何を意味するかを数秒で理解したのは、彼女自身の能力である。それに対して、彼女はこの研究を有給の職を持たずに、しかも原子核物理学を知らないと断言した後に独学で身につけ、遅いスタートで成し遂げたのである。天才という言葉が当てはまるかどうかはともかく、その執拗さと洞察の速さの組み合わせこそが、ノーベル委員会が最終的に認証したものである。

その後

1960年、50歳を過ぎてから、彼女はついにカリフォルニア大学サンディエゴ校の正教授に任命された。到着後間もなく脳卒中に見舞われたが、彼女は教育や研究を止めることはなかった。彼女は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。

現在、彼女の名は長い間否定されてきたものに冠されている。光学におけるゲッパート＝メイヤー単位、1986年に設立されたアメリカ物理学会の女性物理学者のための賞、カリフォルニア大学サンディエゴ校のメイヤー・ホール、アルゴンヌでの賞、金星のクレーター、1996年の全米女性の殿堂入り、そして2011年に発行されたアメリカの記念切手などである。