استكشاف العالم النووي: حياة وعلم جيرترود شارف جولدهابر

يعرف بعض الناس منذ صغرهم أنهم يريدون أن يصبحوا علماء وأنه - مع ما يكفي من القدرة والجهد - يمكنهم الوصول إلى هذا الهدف. جيرترود شارف شعرت (شارف غولدهابر بعد زواجها) بهذه الدعوة المبكرة. وبينما كانت لديها القدرة على تحقيق ذلك ، فإن طريقها إلى النجاح العلمي كان له أكثر من نصيبه من الصعوبات الشخصية والعقبات المهنية.

ولدت لعائلة ألمانية يهودية في 14 يوليو 1911 ، وعاشت الحرب العالمية الأولى ، والاضطرابات التي أعقبت الحرب في ألمانيا وصعود هتلر. بعد حصولها على درجة الدكتوراه في الفيزياء من جامعة ميونيخ ، سعت إلى الالتحاق بمهنة يهيمن عليها الرجال. عندما فرت من النازية ، واجهت صعوبات كمهاجرة إلى المملكة المتحدة. وعندما حاولت بناء حياة جديدة في الولايات المتحدة مع زوجها الفيزيائي ، كانت لا تزال تكافح للعثور على عمل علمي ، لأن القواعد الصارمة لمحاباة الأقارب أحبطت حياتها المهنية.

ومع ذلك ، فقد تحملت ، ورسخت مكانتها باعتبارها عالمة فيزياء نووية تحظى باحترام كبير ، وواحدة من عدد قليل من النساء الرائدات في هذا المجال. طورت أبحاثها فهم الانشطار النووي وساهمت في نظرية البنية النووية. تم الاعتراف بعملها في عام 1972 عندما أصبحت ثالث عالمة فيزيائية يتم انتخابها في الأكاديمية الوطنية للعلوم. كما أنها معروفة جيدًا كداعية للمرأة في مجال العلوم ، ولتشجيع العلماء الشباب ومناصرة تعليم العلوم.

مرات مشؤومة ، طالب متميز

كانت سنوات شارف الأولى المعروفة باسم ترود لأصدقائها وعائلتها ، سنوات مضطربة ، شملت الحرب العالمية الأولى ، والاضطرابات السياسية والتضخم المفرط المدمر اقتصاديًا بعد هزيمة البلاد في عام 1918. في سن الثامنة ، شاهدت الثوار الشيوعيين يذبحون من قبل العسكرية في شوارع ميونيخ حيث تعيش عائلتها. في وقت لاحق ، تذكرت أنها كانت تأكل خبزًا ممتلئًا بنشارة الخشب. استمرت الاضطرابات ، مع نذير شؤم لليهود الألمان ، مع صعود هتلر إلى السلطة في عام 1933.

وسط كل هذا ، حصل شارف على تعليم جيد. وفقًا لمذكرات ابنها مايكل ، التحقت بمدرسة النخبة الثانوية للبنات. طالبة بارزة ، طورت اهتمامًا بالفيزياء. كان والدها يأمل في أن تدرس القانون للاستعداد لإدارة أعمال العائلة ، لكنها كانت أكثر حرصًا على "فهم ما يتكون منه العالم" ، على حد تعبيرها لاحقًا.

في طريقها نحو هدفها ، التحقت شارف بجامعة ميونيخ في عام 1930. وبلغ تعليمها ذروته في العمل على الحصول على درجة الدكتوراه في الفيزياء تحت إشراف والثر جيرلاخ ، من تجربة ستيرن - غيرلاخ التي أثبتت في عام 1922 وجود الدوران الكمي في مجال مغناطيسي. تناول بحثها في فيزياء المادة المكثفة مع المغناطيسية الحديدية.

لكن الأحداث الخارجية غيرت خططها وحياتها تمامًا. مع انتشار النازية ، وجدت شارف نفسها منبوذة من قبل زملائها وبدأ اليهود الألمان في الفرار من البلاد. ومع ذلك ، كانت جيدة في بحثها. كما قالت لأحد المحاورين في عام 1990: "كان يجب أن أغادر قبل ذلك. ولكن منذ أن بدأت أطروحتي ، شعرت أنه يجب أن أنهي ".

انتهيت ، في عام 1935 ، لكنها قطعته قريبًا جدًا. كان هذا هو العام الذي تم فيه سن قوانين نورمبرغ ، حيث عرّف اليهود الأوائل ثم الرومان والألمان السود على أنهم "أعراق أدنى" و "أعداء للدولة". تم منعهم فعليًا من دخول المجتمع الألماني ، وواجهوا عقوبات قاسية لانتهاكهم القوانين. نما العنف اللا سامي ومات والدا شارف لاحقًا في الهولوكوست.

وإدراكًا منه أن الوقت قد حان بالتأكيد للهروب من ألمانيا ، كتب شارف إلى 35 عالمًا من اللاجئين يبحثون عن وظيفة في مكان آخر. أخبرها الجميع تقريبًا ألا تحضر لأنه كان هناك بالفعل وفرة من العلماء اللاجئين - باستثناء موريس جولدهابر، عالمة فيزياء نمساوية يهودية شابة التقت بها في ألمانيا. أثناء عمله للحصول على درجة الدكتوراه في جامعة كامبريدج تحت إشراف إرنست رذرفورد ، كان يعتقد أنه يمكن أن تكون هناك فرص في إنجلترا. بالانتقال إلى لندن ، كسبت شارف لقمة العيش لمدة ستة أشهر من خلال بيع ممتلكات ثمينة كانت جزءًا من حقيبة زفافها - كاميرا Leica ، المعروفة جيدًا بالبصريات الجميلة - وترجمة المقالات من الألمانية إلى الإنجليزية. ثم عملت في إمبريال كوليدج لندن تحت إشراف جورج طومسون ، حيث درست حيود الإلكترون (في 1937 تقاسم جائزة نوبل مع كلينتون دافيسون لاكتشافه التأثير في البلورات) ، ولكن لم يتم العثور على وظيفة بحثية مستقلة.

في عام 1939 تحسنت آفاقها. تزوج شارف من Goldhaber ، وأصبح Scharff-Goldhaber ، وانتقل الزوجان إلى الولايات المتحدة. شغلت Goldhaber منصبًا في هيئة التدريس في جامعة إلينوي-أوربانا ، لكن شارف-غولدهابر لم تستطع أن تصبح عالمة أكاديمية كاملة ، لأن قوانين مكافحة المحسوبية في إلينوي لم تسمح للجامعة بتوظيفها. كان بإمكانها إجراء الأبحاث فقط كمساعدة غير مدفوعة الأجر في مختبر زوجها. نقلها هذا من فيزياء المادة المكثفة إلى مجال الفيزياء النووية. تظهر أوراق شارف جولدهابر في الأربعينيات من القرن الماضي والتي تم إنتاجها في ظل هذه الظروف أنها تعاملت مع الانتقال ببراعة - لكنها لم تصل مطلقًا إلى وضع الكلية الكامل في إلينوي.

معمل جديد في لونغ آيلاند

فقط في عام 1950 ، وجدت شارف-غولدهابر وزوجها معًا مكانًا حقيقيًا للبحث ، في الجديد مختبر بروكهافن الوطني (BNL) ، التي تم تأسيسها قبل ثلاث سنوات. اليوم ، منشأة تابعة لوزارة الطاقة الأمريكية ، كانت المهمة الأصلية للمختبر هي البحث عن الاستخدامات السلمية للطاقة الذرية. وقد تنوعت جهوده العلمية منذ ذلك الحين ، لكن الفيزياء النووية والفيزياء عالية الطاقة تظل جزءًا من أنشطتها البحثية.

جعل تعيينها Scharff-Goldhaber أول عالمة فيزيائية في BNL ، وبعد 15 عامًا من حصولها على شهادتها ، تم الدفع لها أخيرًا كباحثة محترفة. ومع ذلك ، عملت في جو وصفه ابنها مايكل بأنه "القبول على مضض" فقط. تم تعيين Goldhaber كـ "عالم كبير" وأدار مجموعته البحثية الخاصة ، ولكن تم تصنيف Scharff-Goldhaber ببساطة كعالم ضمن مجموعته. (ترقى جولدهابر في النهاية إلى منصب مدير المختبر 1961-1973 ، وشارف جولدهابر إلى عالم كبير).

بصفتها المرأة الوحيدة ذات المكانة العلمية المهنية في BNL ، لم يكن لدى Scharff-Goldhaber زميلات علميات. كانت معظم النساء المرتبطات بالمختبر زوجات لا يعملن لعلماء ذكور ، كانوا في الخمسينيات يشغلون أدوارًا تقليدية. مع طفلين ، مايكل وألفريد ، كان لدى Scharff-Goldhaber مسؤوليات مماثلة ؛ لكن في المناسبات الاجتماعية كانت تتحدث عن الفيزياء مع الرجال أكثر من مناقشة رعاية الأطفال مع النساء. ضمن هذا الوسط الذكوري ، أقامت علاقات جيدة مع زملائها ، ومع فريق الدعم الذي أنتج النظائر التي احتاجتها لأبحاثها في مفاعل BNL أو معجل Van de Graaff.

الانشطار وتجربة أساسية

باستثناء الفترة في الثلاثينيات عندما كانت لا تزال تحاول أن تصبح عالمة مستقلة ، حافظت شارف جولدهابر على وتيرة سريعة في البحث والنشر ، مع الوفاء بالتزاماتها العائلية. في عام 1930 نشرت "تأثير الضغط على المغنطة فوق نقطة كوري" من أطروحتها. بدأت مجموعتها التالية من الأوراق بعد أربع سنوات ، بمجرد تحولها إلى الفيزياء النووية في عام 1936 في إلينوي ، وكتبت أكثر من اثني عشر أوراقًا أخرى حتى استقرت تمامًا في BNL. على مدار الثلاثين عامًا التالية ، نشرت حوالي 1940 بحثًا آخر ، معظمها في مراجعة جسدية ، والمساهمات في أعمال المؤتمر.

ليو تسيلارد: الفيزيائي الذي تصور الأسلحة النووية لكنه عارض استخدامها فيما بعد

العديد من الأوراق التي نشأت عن عملها في إلينوي في الأربعينيات من القرن الماضي جديرة بالملاحظة بشكل خاص ، بما في ذلك تلك التي تتعلق بالانشطار النووي التلقائي. في عام 1940 ، اكتشف ليز مايتنر وأوتو فريش أن نواة اليورانيوم التي تم قصفها بالنيوترونات يمكن أن تنقسم إلى قسمين وتطلق الكثير من الطاقة. إذا أمكن جعل الانشطار الناجم عن النيوترونات مستدامًا ذاتيًا ، فيمكن أن ينتج سلاحًا مدمرًا بشكل هائل. مع اقتراب الحرب ، قام علماء الفيزياء الأوروبيون والأمريكيون بالتحقيق في الانشطار الذاتي على أمل ألا يجد النازيون الجواب أولاً.

في عام 1942 ، أظهر Scharff-Goldhaber بشكل مباشر ، ولأول مرة على ما يبدو ، أن اليورانيوم الذي يمر بالانشطار العفوي يطلق النيوترونات مع الطاقة. يمكن لهذه النيوترونات تنشيط المزيد من النوى والمزيد من الطاقة - تفاعل متسلسل متتالي يمكن أن يصبح انفجارًا نوويًا. كانت مثل هذه البيانات حاسمة في تحقيق أول تفاعل نووي متحكم فيه ذاتي الاكتفاء في العالم في عام 1942 ، حيث تم بناء القنبلة الذرية بواسطة مشروع مانهاتن. لم تكن عائلة Scharff-Goldhabers مواطنين أمريكيين بعد ، وبالتالي لم يكونوا جزءًا من المشروع ، ولكن تم تعميم نتيجتها سراً على العلماء المعنيين وتم نشرها بعد الحرب (فيز. القس 70 229).

في ورقة منفصلة نشرت عام 1948 (فيز. القس. 73 1472) ، أجاب آل Scharff-Goldhabers معًا على سؤال أساسي: هل أشعة بيتا هي نفسها الإلكترونات تمامًا؟ تم اكتشاف الإلكترونات في عام 1897 في أشعة الكاثود بواسطة JJ Thomson ، وكانت أول جسيمات أولية معروفة. بعد بضع سنوات في عام 1899 ، كان رذرفورد يدرس الظاهرة الجديدة للنشاط الإشعاعي ، ووجد انبعاثًا غير معروف سماه أشعة بيتا. تبين أن هذه الجسيمات مشحونة بنفس نسبة الشحنة إلى الكتلة ه / م كإلكترونات وتم تحديدها على هذا النحو. لكن بقي السؤال: هل يمكن أن تختلف أشعة بيتا والإلكترونات في بعض الخصائص الأخرى مثل اللف المغزلي؟

اختبر Scharff-Goldhabers هذه الفرضية بذكاء باستخدام مبدأ استبعاد باولي، والتي كتبوا أنها "لن تكون مناسبة لزوج من الجسيمات إذا اختلفوا في أي خاصية على الإطلاق". في تجربتهم ، قاموا بإشعاع عينة من الرصاص بأشعة بيتا. إذا لم تكن هذه متطابقة مع الإلكترونات ، فلن تخضع لمبدأ باولي. ثم يتم التقاطها بواسطة ذرات الرصاص ، وتدخل مدارات مقيدة مليئة بالفعل بالإلكترونات ، والانتقال إلى أدنى مدار ، مما يتسبب في انبعاث الأشعة السينية. إذا كانت أشعة بيتا والإلكترونات متطابقة ، فسيُمنع الأول من دخول المدارات الذرية وإنتاج الأشعة السينية. لم تكشف التجربة عن أي أشعة سينية في الطاقات المتوقعة ، مما يؤكد أن أشعة بيتا هي إلكترونات تنبعث من نوى مشعة.

نوى متحمس وأرقام "سحرية"

ابتداءً من أوائل الخمسينيات من القرن الماضي في BNL ، بدأت Scharff-Goldhaber ما سيكون مشروعها المهني الطويل: لتكوين صورة منهجية لخصائص النوى المثارة عبر الجدول الدوري. تباعدت خطتها للعمل في الفيزياء النووية "منخفضة الطاقة" عن اهتمام زوجها المتزايد بفيزياء "الطاقة العالية" ، حيث تقوم مسرعات الجسيمات الضخمة الجديدة بفحص الجسيمات الأساسية. وفقًا لابنهما مايكل ، فقد حرم مسار Scharff-Goldhaber المنفصل والده من قدراتها العظيمة كخبيرة تجريبية. لكنه يضيف أن "الانقسام لم يمنع محادثة مائدة العشاء العائلية من التركيز على الفيزياء النووية ، تمامًا كما حدث من قبل ، إلى حد كبير إلى حيرة الأطفال". (لاحقًا حصل هو وألفريد على درجة الدكتوراه في فيزياء الجسيمات النظرية).

في ذلك الوقت ، كان سلوك النواة المثارة قد بدأ للتو في إدراكه. يمكن النظر إلى هذا الحساء الكثيف من البروتونات والنيوترونات على أنه مجموعة من الجسيمات مرتبطة ببعضها البعض بواسطة قوى نووية ، مكونة وسطًا ذا طاقة يتم التعبير عنها في دوران أو اهتزاز الجسم بأكمله. ومع ذلك ، في ما يسمى بـ "نموذج الصدفة" ، كان يُنظر إلى النواة على أنها نظام كمي حيث تحتل النيوكليونات مستويات طاقة مماثلة للمستويات المنفصلة أو "الأصداف" التي تشغلها الإلكترونات في الذرة. كل نهج كان له نجاحات. أدت معاملة النواة كسائل إلى فهم كيف يمكن أن تتشوه وتخضع للانشطار. توقع نموذج الصدفة أن النوى ذات النوعية ، أو "السحر "، عدد البروتونات أو النيوترونات (2 ، 8 ، 20 ، 28 ...) ستكون مستقرة بشكل استثنائي ، مرة أخرى مماثلة للقذائف الإلكترونية المملوءة في الذرات.

ومع ذلك ، لم يكن من الواضح ما إذا كانت التجربة تدعم حقًا نموذج الصدفة ، أو المكان الأفضل لتطبيق كل نهج. ساعد بحث Scharff-Goldhaber المكثف حول النوى المختلفة في حل هذه المشكلات. كان عملها مهمًا في تطوير النظرية التي ربطت أخيرًا بين النهجين ، مما أدى إلى آج نيلز بور ، بن موتيلسون ، وليو رين ووتر يتقاسمون جائزة نوبل للفيزياء لعام 1975.

في الخمسينيات من القرن الماضي ، قاس Scharff-Goldhaber طاقة النوى المثارة مقابل عدد النيوترونات وأظهر أن بنية الغلاف تؤثر على الطاقة ، والتي بلغت ذروتها عند الأرقام السحرية. كما لاحظت تغيرًا شاذًا في مستويات الطاقة مع زيادة عدد النيوترونات ، وهو ما ربطته بتغير في شكل النواة. في وقت لاحق ، طوّرت "لحظة متغيرة من الجمودنموذج (VMI) ، الذي استخدم شكل النوى لتوفير رؤية أعمق لطاقاتها عبر الجدول الدوري.

إلى جانب مساهماتها في النظرية النووية ، كان لأبحاث شارف-جولدهابر في هذا العصر سمات غير عادية. كتبت ورقتين عن نموذج VMI مع ابنها ألفريد - بقدر ما هو معروف ، الأوراق البحثية الوحيدة للأم والابن في الفيزياء (فيز. القس ليت. 24، 1349 ; فيز. القس ج 17، 1171).

كما عززت تحليل بياناتها من خلال توسيع مخطط النويدات القياسي ، حيث يتم وضع كل نواة في مخطط ثنائي الأبعاد لعدد البروتونات مقابل عدد النيوترونات. قام Scharff-Goldhaber بلصق قضبان عمودية بطول يتناسب مع أقل طاقة إثارة لكل نوع نووي إلى الموضع المناسب على الرسم البياني. قبل وقت طويل من الاستخدام الروتيني لتصورات الكمبيوتر ثلاثية الأبعاد ، كانت هذه مساعدة هائلة في اكتشاف الميزات المهمة مثل تغيير الطاقة بين N = 88 و N = 90.

إلى جانب بحثها ، وجدت Scharff-Goldhaber طرقًا لمساعدة النساء في العلوم ، والمساهمة في تعليم العلوم والمجتمع العلمي. من بين العديد من المشاركات المهنية ، عملت في لجان الجمعية الفيزيائية الأمريكية (APS) المكرسة لوضع المرأة في الفيزياء وتعليم الفيزياء قبل الكلية. كانت معروفة أيضًا بالتواصل مع العلماء في بداية حياتهم المهنية - رجالًا ونساءً. كان واحد روزالين يالو ، طالبة الدكتوراه في Goldhaber في إلينوي ، والتي شاركت في عام 1977 جائزة نوبل في علم وظائف الأعضاء أو الطب لاختراع تقنية المقايسة المناعية الإشعاعية. وقد نسبت يالو الفضل إلى كل من مستشارها و Scharff-Goldhaber لـ "الدعم والتشجيع". قام شارف جولدهابر أيضًا بتوسيع الجو الفكري في BNL من خلال تأسيس سلسلة محاضرات Brookhaven، ويضم متحدثين بارزين مثل ريتشارد فاينمان. 

متقاعد ، لكن لا يزال يبحث

بدأت Scharff-Goldhaber في BNL في وقت متأخر نسبيًا وكانت على استعداد لمواصلة بحثها لفترة طويلة ، لكن قوانين التقاعد الصارمة في تلك الحقبة أنهت عملها رسميًا في عام 1977 عن عمر يناهز 66 عامًا. وفقًا لابنها مايكل ، تم إجبارها على التقاعد في وهي الطريقة التي يسميها "متحيزة جنسيًا ببراعة". ومع ذلك ، عملت بدون أجر ، وتعاونت مع علماء آخرين وشاركت في تأليف أوراق بحثية حتى عام 1988. عندما أدى ضعف الصحة إلى تقييد أنشطتها ، فقد قدرت وسعت إلى الرضا عما يمكن أن تفعله حتى ماتت عن عمر يناهز 86 عامًا. 1998.

في عام 1990 ، أشارت إحدى الصحفيات التي أجرى مقابلة مع شارف-جولدهابر إلى "تصميمها الناعم ولكن الإصرار" - وهو على الأرجح سمات الشخصية ذاتها التي مكنتها من التغلب على العوائق التي تعترض طريقها في مجال البحث. في عام 2016 ، عندما نظر مايكل إلى حياة والدته ، وصفها بأنها "شخص يتمتع بعناد فريد وحتى عناد ، وهي سمات تحتاجها بالتأكيد ... لمتابعة مهنة ناجحة في عالم غالبًا ما كان يواجهها".

ربما يوافق Scharff-Goldhaber على هذه التقييمات ، لكن هناك تقييمًا آخر أعتقد أنه ينطبق. في عام 1972 ، بمراجعة كتاب عن الطاقة النووية لإيزاك أسيموف ، كتب شارف جولدهابر أن التقدم في العلوم ، من بين الصفات الأخرى ، "يقوم على الرغبة الشديدة في الوصول إلى جوهر الأشياء". كتابة هذه الكلمات ، هل عكست أن حياتها تمثل بشكل مثالي تلك الروح؟

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• بلاتوبلوكشين. Web3 Metaverse Intelligence. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/exploring-the-nuclear-world-the-life-and-science-of-gertrude-scharff-goldhaber/