НОБЕЛОВИ ЛАУРЕАТИ / 1975 г. / ФИЗИКА / БЕН РОЙ МОТЕЛСЪН

Бен Рой Мотелсън (Ben Roy Mottelson)

9 юли 1926 г.

Нобелова награда за физика (заедно с Оге Нилс Бор и Лео Джеймс Райнуотър)

(За откриване на връзката между колективното движение и движението на частиците в атомните ядра и за развитието на теорията за структурата на атомното ядро, основаваща се на тази връзка.)

Американско-датския физик Бенджамин Рой Мотелсън е роден в Чикаго в семейството на Гудмън Мотелсън, инженер, и Джорджия (Блъм) Мотелсън. Второ от трите деца в семейството, момчето расте в живата интелектуална атмосфера, която цари там. Той ходи на училище в Ла Гранж (щат Илинойс) и го завършва в годините на Втората световна война. Зачислен към флота, преминава офицерска подготовка в университета “Пардю”, в който се връща след края на войната. Като става бакалавър през 1947 г., Мотелсън постъпва в Харвардския университет, където работи върху дисертация по физика под ръководството на Джулиан С. Швингър и през 1950 г. получава докторска степен.

През същата година Харвард награждава Мотелсън със стипендия за пътуване зад граница, което му позволява да се занимава с изследвания в Института за теоретична физика в Копенхаген. Той продължава работата си в същия институт и по-нататък, когато получава стипендия отначало от Комисията по атомна енергия на САЩ, а след това от ЦЕРН (Европейската организация за атомни изследвания). От основаването на Нордическия институт по теоретична атомна физика (Нордита) през 1957 г. Мотелсън става професор там, а пред 1981 г. сменя Оге Бор на поста директор на Нордита.

От самото начало на работата си в Института за теоретична физика Мотелсън си сътрудничи тясно с Оге Борн при разработване на проблемите на ядрената теория. Бор (един от шестимата синове на Нилс Бор) се е върнал скоро от Колумбийския университет, където работи заедно с Джеймс Райнуотър. По това време Райнуотър е внесъл вече съществен пренос в теорията за строежа на атомното ядро, при което много проблеми обсъжда интензивно с Бор. Използвайки новите идеи, Бор и Мотелсън разработват всестранна теория за поведението на ядрото, която наричат колективен модел.

По това време учените се опитват да обяснят поведението на големия брой протони и неутрони (известни под общото название нуклони) в голямото ядро с помощта на два теоретични модела. Според капковия модел, предложен от Нилс Бор през 1936 г., ядрото прилича по много неща на капка течност, която се колебае и променя формата си. Капковият модел позволявала да се обясни делението на ядрото, но довеждал до задънена улица при обясненията на други свойства. Според модела на атомните обвивки, предложен през 1949 г. от Мария Гьоперт-Майер и Йоханес Ханс Д. Йенсен, се предполага, че нуклоните се движат вътре в ядрото по независими концентрични орбити, или обвивки, както до голяма степен се движат електроните в атомите. Според тази теория силата, действаща на един нуклон, е равна на сумата от силите, породени от всичките ядрени нуклони. Гьоперт-Майер и Йенсен предлагат хипотеза, според която полето на тази колективна сила е сферично симетрично. Обаче експерименталните данни показват, че разпределението на електрическия заряд в някои ядра няма сферичната конфигурация, която би трябвало да има според модела на атомните обвивки.

На Райнуотър му идва на ум, че центробежните сили биха могли да предизвикват деформация на орбитите, така че цялата конфигурация да получи формата на пъпеш, и публикува тази идея през 1950 г. Хипотезата на Райнуотър се съгласува добре с това, над което размишлява Оге Бор, и след връщането си в Копенхаген в края на същата година Бор започва да разработва обстоятелствена теория за поведението на ядрото. Две години по-късно той публикува заедно с Мотелсън съвместния ядрен модел, базиращ се на идеята на Райнуотър. В този модел е осъществен синтез на течнообразното поведение на ядрото, основаващо се на капковия модел, и орбиталнонуклоновите свойства, присъщи на модела на атомните обвивки.

Според модела на Бор-Мотелсън съвместното въздействие на нуклоните води до това, че повърхността на ядрото има поведение на повърхността на капка течност. В същото време орбиталната структура на ядрото допуска деформации, което води до колебания и въртеливи движения на повърхността. Ако външната обвивка на ядрото има пълен комплект нуклони, според Бор и Мотелсън ядрото има сферична форма, а когато външната обвивка не е запълнена, ядрото приема формата на пъпеш. Те откриват, че деформираните ядра притежават редица нови видове колебания и въртеливи движения, включително повърхностни вълни и колебания на размерите на ядрото. Предходните модели не успяват да предскажат тези явления, защото не вземат предвид взаимодействията между нуклоните.

Колективният модел позволява на Бор и Мотелсън да предскажат свойствата на деформираните ядра и да потвърдят тези предсказания експериментално. А когато експериментите, направени от други физици, също потвърждават теорията им, двамата учени съобщават за своите открития през 1953 г. След публикуването на колективния модел Мотелсън и Бор продължават да развиват по-нататък ядрената си теория.

През 1948 г. Мотелсън се жени за Нанси Джейн Рено; семейството има три деца. През 1971 г. всичките получават датско гражданство. Съпругата на учения умира от рак през 1975 г., малко преди Мотелсън да получи Нобеловата награда. Известен като човек с изключителен интелект и способности, той кара през свободното си време велосипед, занимава се с плуване и музика; но по-голямата част от живота си посвещава на размисли за атомното ядро и неговото поведение.

Освен Нобелова награда Мотелсън има почетни научни степени от университета “Пардю” и Хайделбергския университет.

Превод от руски: Павел Б. Николов