마리아 괴퍼트 메이어: 핵을 해독한 무급 여성 과학자

거의 30년 동안 그녀는 보수 없이 일했습니다. 남편의 고용을 환영했던 대학들은 족벌주의 금지 규정을 내세워 그녀를 배제했고, 그녀에게 책상 하나와 명예직 타이틀 외에는 아무것도 주지 않았습니다. 1963년 스톡홀름의 노벨 위원회는 핵 껍질 구조에 관한 발견의 공로로 그녀에게 노벨 물리학상을 수여했습니다. 이는 1903년 마리 퀴리(Marie Curie) 이후 두 번째이자 이후 50년 넘게 마지막으로 수상한 여성 물리학자가 되었습니다.

괴팅겐의 어린 시절

그녀는 소아과 의사 프리드리히 괴퍼트(Friedrich Göppert)와 마리아 볼프(Maria Wolff)의 외동딸이었습니다. 1906년 6월 28일 당시 독일령(현재 폴란드)인 카토비체에서 태어난 그녀는 4살 때 가족과 함께 괴팅겐으로 이주했으며, 아버지는 그곳에서 소아과 학과장이 되었습니다.

그녀의 말에 따르면 아버지는 그녀를 형성한 부모였습니다. "제 아버지가 더 흥미로웠죠." 그녀가 말했습니다. "결국 그는 과학자였으니까요." 아버지의 조언은 "여자로 자라지 마라"라는 직설적인 말로 전해지는데, 이는 단순히 가정주부로 만족하지 말라는 뜻이었습니다. 그녀는 괴팅겐의 고등 기술학교를 다녔고 여성 참정권 운동가들이 운영하는 예비 학교를 거쳐 17세에 1년 일찍 아비투어(대학입학자격시험)를 치렀습니다. 그녀와 함께 시험을 본 소수의 소녀들은 모두 합격했고, 소년들 중에서는 한 명만이 합격했습니다.

아무도 시험할 수 없었던 논문

그녀는 1924년 괴팅겐 대학교에 수학을 공부하러 입학했고 케임브리지에서 1년을 보낸 뒤 돌아왔습니다. 결국 물리학을 선택했습니다. 1931년에 완료된 그녀의 박사 학위 논문은 원자에 의한 이광자 흡수를 다루었는데, 이는 레이저를 통해서만 관측이 가능했기에 기술적으로 확인하기 30년 앞선 예측이었습니다. 심사위원은 막스 보른(Max Born), 제임스 프랑크(James Franck), 아돌프 빈다우스(Adolf Windaus)였으며, 세 사람 모두 훗날 노벨상을 받았습니다. 유진 위그너(Eugene Wigner)는 훗날 이 논문을 "명료함과 구체성의 걸작"이라고 평했습니다. 이 칭찬은 논문의 무명 시절보다 오래 남았고, 현재 물리학자들이 이광자 흡수 단면적을 측정하는 단위는 괴퍼트 메이어(Goeppert Mayer)라고 불립니다.

급여 없는 30년

1930년 1월 그녀는 미국 화학자 조셉 에드워드 메이어(Joseph Edward Mayer)와 결혼했고 그를 따라 존스 홉킨스 대학교로 갔으며, 그는 그곳에서 부교수가 되었습니다. 그들은 마리아 앤(Maria Ann)과 피터 콘래드(Peter Conrad) 두 자녀를 두었습니다. 존스 홉킨스는 교수진 배우자 고용에 엄격한 규칙이 있었습니다. 그녀는 명목상 급여와 사무실 공간 일부, 건물 출입 권한만 있는 조교 직책을 받았습니다. 그녀는 이를 활용했습니다. 그녀는 가르쳤고 1935년 자연계에서 가장 드물고 관찰하기 어려운 과정 중 하나인 이중 베타 붕괴에 관한 중요한 논문을 발표했습니다.

1937년 조셉이 해고되었을 때(건물 내 여성에 대한 학과 내 적대감이 널리 지목되었습니다) 부부는 컬럼비아로 이주했고, 그곳에서도 사무실은 받았지만 급여는 없었으며, 다시 한번 해롤드 유리(Harold Urey)와 엔리코 페르미(Enrico Fermi)의 영향력 아래 연구를 수행했습니다. 미국 물리학회는 1941년 그녀를 펠로우로 선출했습니다. 35세가 되던 그해 12월이 되어서야 그녀는 사라 로렌스 대학에서 파트타임 강의를 하는 첫 유급 학술 직책을 맡았습니다. 진주만 공습 이후 그녀는 컬럼비아에서 페르미의 수업도 보수 없이 맡았습니다.

폭탄의 시대

1942년 봄, 그녀는 컬럼비아에서 맨해튼 프로젝트의 대체 합금 재료 연구소에 합류하여 우라늄-235 분리와 육불화우라늄의 성질을 연구했습니다. 그 후 에드워드 텔러(Edward Teller)는 그녀를 열핵폭발 온도에서 물질과 방사선이 어떻게 행동하는지 조사하는 불투명도 프로젝트로 끌어들였고, 1945년 2월 그녀는 로스앨러모스에서 텔러의 그룹과 함께 일하기 위해 갔다가 7월 뉴욕으로 돌아왔습니다. 불투명도 연구에 대한 그녀의 평가는 특유의 건조함이 있었습니다. "우리는 아무것도 발견하지 못했고, 운이 좋았습니다."

무도회장의 왈츠 연주자

1946년 2월 조셉은 시카고 대학교 핵 연구소의 교수가 되었습니다. 그녀는 다시 한번 보수 없는 자발적 부교수가 되었고, 동시에 새로 설립된 아르곤 국립 연구소에서 파트타임 선임 물리학자로 일했습니다. 아르곤에서의 그녀의 첫 마디는 핵물리학에 대해 아무것도 모른다는 것이었습니다. 그 후 그녀는 원자로 임계성을 계산하기 위해 ENIAC을 프로그래밍했습니다.

그녀가 데이터에서 알아차린 점은 2, 8, 20, 28, 50, 82 또는 126개의 양성자나 중성자를 포함하는 핵이 비정상적으로 안정하다는 것이었습니다. 위그너는 이를 매직 넘버라고 불렀고 그 이름이 굳어졌습니다. 그녀는 핵자가 원자 안의 전자처럼 에너지가 높아지는 껍질을 차지하며, 껍질이 완전히 채워진 핵이 단단히 결합된 핵이라고 제안했습니다. 그 증거를 제시한 첫 번째 논문은 1948년 8월 물리학 리뷰(Physical Review)에 실렸습니다.

페르미가 그녀의 사무실을 나가다가 핵자의 스핀이 궤도 운동과 상호작용하는 스핀-궤도 결합의 증거가 있는지 묻기 전까지는 그 메커니즘이 누락되어 있었습니다. 그녀는 즉시 이것이 그 숫자 순서를 만들어낸 열쇠임을 깨달았습니다. "마치 퍼즐 같았어요," 그녀가 말했습니다. "모든 것이 명확해졌죠." 그녀가 빠르게 설명하는 것을 지켜보던 페르미는 미소를 지으며 떠났습니다. "내일 흥분이 좀 가라앉으면 저에게 다시 설명해 주세요."

그녀는 이 결과를 무도회장에 비유하는 것을 좋아했습니다. 왈츠를 추는 사람들로 가득 찬 방을 생각해보세요, 그녀가 말했습니다. 원 안에 원이 둘러싸인 형태죠. 한 쌍이 시계 방향으로 돌고 다른 쌍이 시계 반대 방향으로 돌면 두 배 많은 무용수를 넣을 수 있습니다.

독일에서는 오토 학셀(Otto Haxel), J. 한스 D. 옌센(J. Hans D. Jensen), 한스 수스(Hans Suess)가 독립적으로 같은 결론에 도달했습니다. 그녀의 제출물은 2월이었지만 그들의 발표가 1949년 6월로 더 빨랐습니다. 그녀는 싸우는 대신 옌센과 협력자이자 친구가 되었고, 1950년 핵 껍질 구조의 기초 이론(Elementary Theory of Nuclear Shell Structure)을 공동 저술했습니다. 13년 후 그들은 1963년 노벨 물리학상의 절반을 나누어 가졌고, 위그너가 나머지 절반을 가져갔습니다.

마리아가 천재라 불리는 이유

그녀의 최고의 연구에서 드러나는 품질은 다른 모든 사람이 볼 수 있지만 아무도 읽을 수 없었던 숫자에서 작동하는 패턴 인식입니다. 매직 넘버는 숨겨져 있지 않았습니다. 그것들은 이미 발표된 핵 안정성 표에 있었습니다. 그녀가 제공한 것은 불규칙해 보이는 목록(2, 8, 20, 28, 50, 82, 126)이 구조의 서명이라는 확신이었고, 그런 다음 스핀-궤도 결합에서 그 정확한 목록을 도출하기 위한 수학적 장치였습니다. 그녀의 박사 학위 논문은 다른 핵심에서 같은 특성을 보여줍니다. 누구든 측정하기 30년 전에 물리적 효과를 정확하게 예측한 것으로, 위그너는 이를 "명료함과 구체성의 걸작"이라고 판단했습니다.

정직한 반론은 두 부분으로 구성됩니다. 첫째, 우선순위: 학셀, 옌센, 수스가 독립적이고 거의 동시에 도달했는데, 이는 한 명의 정신만이 만들 수 있는 도약이라기보다는 시대가 도래한 아이디어의 전형적인 징후입니다. 둘째, 결정적인 힌트는 스핀-궤도 결합에 관한 페르미의 질문에서 나왔습니다. 그녀는 그것을 스스로 만들어내지는 않았지만, 몇 초 만에 그것이 무엇을 의미하는지 알아차렸으며, 이는 그 자체로 일종의 능력입니다. 이것을 비교해보면, 그녀는 유급 직책 없이 이 연구를 수행했고, 뒤늦게 이 분야에 뛰어들었으며, 핵물리학에 대해 모른다고 솔직히 말한 후 스스로 공부했습니다. 천재라는 단어가 어울리든 아니든, 그 끈기와 통찰력의 속도가 결합된 것이 결국 노벨 위원회가 인증한 것입니다.

그 이후

1960년 50세를 넘긴 그녀는 마침내 캘리포니아 대학교 샌디에이고에서 정교수가 되었습니다. 도착 직후의 뇌졸중도 그녀의 강의나 연구를 막지 못했습니다. 그녀는 1972년 2월 20일 샌디에이고에서 65세를 일기로 심장마비로 사망했습니다.

그녀의 이름은 이제 그녀가 오랫동안 거부당했던 것들과 결부되어 있습니다. 광학의 괴퍼트 메이어 단위, 1986년에 설립된 미국 물리학회의 여성 경력 초기 물리학자 상, UC 샌디에이고의 메이어 홀, 아르곤 연구소의 상, 금성의 분화구, 1996년 여성 명예의 전당 등재, 그리고 2011년에 발행된 미국 우표가 있습니다.