Maria Goeppert-Mayer est la deuxième femme à avoir obtenu le prix Nobel de Physique, (après Marie Curie). Son étude sur les protons démontre théoriquement l'existence de l'absorption à deux photons (ADP), une découverte théorique qui va rendre possible la création de l’imagerie médicale, la microscopie à deux photons, …
Maria Gertrud Käte Goeppert, dite Maria Goeppert-Mayer est une physicienne germano-américaine. Elle est née en 1906 à Kattowitz en Prusse. Elle étudie à la Höhere Technische de Göttingen, une école pour jeunes filles qui se destinent aux études supérieures. Puis en 1921, elle intègre l’école secondaire privée Frauenstudium. À l’âge de 17 ans, elle passe l’examen d’entrée à l’université.
En 1924, elle étudie les mathématiques à l’université de Göttingen. Le taux de chômage élevé et la pénurie de professeurs de mathématiques dans les écoles de jeunes filles poussent certaines étudiantes à obtenir un certificat en mathématiques afin de pouvoir enseigner. Cependant, Maria Goeppert ne souhaite pas aller vers l’enseignement en écoles secondaires et s'intéresse de plus en plus à la physique.
« Les mathématiques ont commencé à ressembler tellement à la résolution d'un puzzle. La physique est aussi la résolution d'énigmes, mais d'énigmes créées par la nature, et non par l'esprit de l'homme. »
Elle réalise alors un doctorat en physique. En 1929, elle démontre dans sa thèse l'existence de l’absorption à deux photons. Pour démontrer qu'un atome ou une molécule pourrait absorber deux photons simultanément, elle s’appuie sur une théorie en particulier : le principe d’incertitude d’Heisenberg. La thèse de Maria Goeppert, est la première recherche scientifique qui met en évidence ce phénomène. Le physicien et théoricien hongrois Eugene Wigner, qualifie sa thèse d’« œuvre de clarté et de concrétude ». Il faudra attendre 30 ans, pour que le travail de recherche de Maria Goeppert soit réalisé expérimentalement grâce à l’apparition des lasers.
« Mon père m'a dit de ne pas grandir pour devenir une femme, et ce qu'il voulait dire c'était... une femme au foyer sans aucun intérêt. »
Un an après sa thèse, en 1930, Maria Goeppert épouse le chimiste américain Joseph Edward Mayer. Le couple déménage dans le Maryland où Joseph Edward devient professeur de chimie à l’université John-Hopkins. Malgré sa brillante thèse, Maria Goeppert ne travaillera pas en tant que professeur pour l’université américaine, les femmes ne peuvent obtenir un tel poste. Elle sera engagée en tant qu’assistante au département de physique sans être rémunérée. Maria Goeppert publie en 1935 un article sur la double désintégration bêta. Ce processus consiste en deux désintégrations béta simultanées dans un même noyau atomique.
En 1937, Joseph Edward trouve un nouvel emploi à l'université Columbia où Maria Goeppert n’obtient à nouveau pas de poste stable rémunéré. Elle s’y lie d’amitié avec le physicien Enrico Fermi. Suivant sa suggestion, elle étudie la valence des éléments transuraniens inconnus. En utilisant le modèle de Thomas-Fermi, elle prédit qu'ils forment une nouvelle série similaire à celle des terres rares. Cette prédiction s’avère correcte.
Ce n’est qu’en 1941 que Maria Goeppert est finalement engagée pour enseigner les sciences à temps partiel au Sarah Lawrence College. En 1942, alors que les États-Unis sont en guerre, elle prend part au projet Manhattan dans le cadre duquel elle obtient un poste de chercheuse au laboratoire Substitute Alloy Materials (SAM) de l'Université Columbia. Elle y étudie les propriétés thermodynamiques chimiques de l'hexafluorure d'uranium et la possibilité de séparer des isotopes par des réactions photochimiques. Ce travail doit permettre de trouver un moyen de séparer l'uranium 235 fissibles de l'uranium naturel. Toutefois, cette méthode s'avère irréalisable à cette époque.
Après sa participation au projet Manhattan, Maria Goeppert obtient un poste à l'Université Columbia dans le cadre du projet opacité qui a pour but d’étudier les propriétés de la matière et du rayonnement à des températures extrêmement élevées. Ce projet vise au développement de la « super bombe de Teller », une bombe nucléaire qui provient de la fusion de noyau léger. Lorsqu’en 1945, son mari rejoint la base militaire de la guerre du Pacifique, Maria Goeppert quitte Columbia et rejoint le groupe Teller au laboratoire de Los Alamos. Elle y reste jusqu’en juillet 1945.
En 1946, elle rejoint le nouvel Institut Enrico-Fermi de l’université de Chicago en tant que professeur de physique.
Lorsque, le 1er juillet 1946, le laboratoire Argonne National Laboratory voit le jour, Maria Goeppert se voit offrir un poste de physicienne senior à la division de physique théorique. Elle y développe un modèle mathématique pour la structure en couches du noyau atomique, grâce auquel elle explique pourquoi certains nombres de nucléons dans un noyau atomique donnent des configurations particulièrement stables. Elle postule que le noyau est une série de couches fermées et que, donc, des paires de neutrons et protons ont tendance à s'apparier. Trois autres scientifiques, Otto Haxel, Hans Jensen et Hans Suess travaillent sur le même modèle et arrivent à la même conclusion que Maria Goeppert.
Maria Goeppert collabore par la suite avec Otto Haxel ; en 1950 ils écrivent ensemble l’ouvrage « Elementary Theory of Nuclear Shell Structure ».
En 1960, elle obtient un poste de professeur à l’Université California de San Diego.
En 1963, Maria Goeppert est la lauréate du prix Nobel de Physique pour ses découvertes sur la structure en couche du noyau atomique.
Marie Goeppert meurt en 1972 des suites d’une crise cardiaque.
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