Nükleer dünyayı keşfetmek: Gertrude Scharff-Goldhaber'in hayatı ve bilimi

Bazı insanlar küçük yaşlardan itibaren bilim insanı olmak istediklerini ve yeterli yetenek ve çabayla bu hedefe ulaşabileceklerini bilirler. Gertrude Scharff (Scharff-Goldhaber evlendikten sonra) bu çağrıyı erken hissetti. Ve bunu gerçekleştirme yeteneğine sahipken, bilimsel başarıya giden yolu, kişisel zorluklardan ve mesleki engellerden nasibini fazlasıyla aldı.

14 Temmuz 1911'de Alman-Yahudi bir ailede dünyaya geldi, Birinci Dünya Savaşı'nı, Almanya'daki savaş sonrası ayaklanmaları ve Hitler'in yükselişini yaşadı. Doktora derecesini Münih Üniversitesi'nden fizik alanında aldıktan sonra, erkeklerin egemen olduğu bir mesleğe girmeye çalıştı. Nazizm'den kaçtığında İngiltere'ye göçmen olarak zorluklarla karşılaştı. Ve fizikçi kocasıyla ABD'de yeni bir hayat kurmaya çalıştığında, adam kayırmacılığın katı kuralları kariyerini engellediği için hâlâ bilimsel bir iş bulmakta zorlanıyordu.

Yine de dayandı ve kendisini bu alanda öncü olan birkaç kadından biri olarak son derece saygın bir nükleer fizikçi olarak kabul ettirdi. Araştırmaları nükleer fisyon anlayışını geliştirdi ve nükleer yapı teorisine katkıda bulundu. Çalışmaları, Ulusal Bilimler Akademisi'ne seçilen üçüncü kadın fizikçi olduğu 1972'de kabul edildi. Ayrıca bilimde kadınların savunucusu olarak, genç bilim insanlarını cesaretlendirmesiyle ve bilim eğitimini savunmasıyla da iyi hatırlanıyor.

Uğursuz zamanlar, seçkin öğrenci

Arkadaşları ve ailesi tarafından Trude olarak bilinen Scharff'ın Almanya'daki ilk yılları, Birinci Dünya Savaşı'nı, siyasi huzursuzluğu ve ülkenin 1918'deki yenilgisinden sonra ekonomik olarak yıkıcı hiperenflasyonu kapsayan çalkantılı yıllardı. askeri, ailesinin yaşadığı Münih sokaklarında. Daha sonra talaşla kabartılmış ekmek yemek zorunda kaldığını hatırlayacaktı. Hitler 1933'te iktidara geldiğinde, kargaşa Alman Yahudileri için uğursuz önsezilerle devam etti.

Tüm bunların arasında Scharff değerli bir eğitim aldı. Oğlu Michael'ın anısına göre, seçkin bir kız lisesine gitti. Olağanüstü bir öğrenci, fiziğe ilgi duydu. Babası, aile işini yönetmeye hazırlanmak için hukuk okuyacağını ummuştu, ancak daha sonra ifadesiyle, "dünyanın neyden yapıldığını anlamaya" daha hevesliydi.

Hedefine doğru ilerleyen Scharff, 1930'da Münih Üniversitesi'ne girdi. Stern-Gerlach deneyi, 1922'de, bir manyetik alanda kuantize spinin varlığını ortaya koydu.. Yoğun madde fiziği alanındaki araştırması, ferromanyetizma ile ilgiliydi.

Ancak dış olaylar planlarını ve hayatını tamamen değiştirdi. Nazizm yayıldıkça, Scharff meslektaşları tarafından dışlanmış buldu ve Alman Yahudileri ülkeden kaçmaya başladı. Bununla birlikte, araştırmasında oldukça ilerlemişti. 1990'da bir görüşmeciye söylediği gibi: "Daha önce ayrılmalıydım. Ama tezime başladığımdan beri bitirmem gerektiğini hissettim.”

Bitirdi, 1935'te, ama çok yakından kesti. Bu, önce Yahudileri, daha sonra Romanları ve Siyah Almanları "aşağı ırklar" ve "devlet düşmanları" olarak tanımlayan Nürnberg Yasalarının yürürlüğe girdiği yıldı. Alman toplumundan etkili bir şekilde men edildiler ve yasaları ihlal ettikleri için sert cezalarla karşı karşıya kaldılar. Antisemitik şiddet arttı ve Scharff'ın ebeveynleri daha sonra Holokost'ta can verdi.

Almanya'dan kaçma zamanının kesinlikle geldiğinin farkında olan Scharff, başka bir yerde iş arayan 35 mülteci bilim adamına mektup yazdı. Hemen hemen hepsi ona gelmemesini söyledi çünkü zaten çok sayıda mülteci bilim insanı vardı. Maurice Goldhaber, Almanya'da tanıştığı genç bir Avusturyalı-Yahudi fizikçi. Ernest Rutherford altında Cambridge Üniversitesi'nde doktora yaparken, İngiltere'de fırsatlar olabileceğini düşündü. Londra'ya taşınan Scharff, altı ay boyunca düğün çeyizinin bir parçası olan değerli bir eşyayı (ince optikleriyle tanınan bir Leica kamera) satarak ve Almancadan İngilizceye makaleler çevirerek geçimini sağladı. Daha sonra Imperial College London'da George Thomson altında çalıştı ve elektron kırınımı üzerine çalıştı (1'de937'de kristallerdeki etkiyi keşfettiği için Nobel Ödülü'nü Clinton Davisson ile paylaştı.), ancak hiçbir zaman bağımsız bir araştırma pozisyonu bulamadı.

1939'da beklentileri iyileşti. Scharff, Goldhaber ile evlendi, Scharff-Goldhaber oldu ve çift ABD'ye taşındı. Goldhaber, Illinois-Urbana Üniversitesi'nde bir fakülte pozisyonuna sahipti, ancak Scharff-Goldhaber tam teşekküllü bir akademik bilim insanı olamadı çünkü Illinois'deki kayırmacılık karşıtı yasalar üniversitenin onu işe almasına izin vermiyordu. Sadece kocasının laboratuvarında ücretsiz asistan olarak araştırma yapabiliyordu. Bu, onu yoğun madde fiziğinden nükleer fizik alanına taşıdı. Scharff-Goldhaber'in 1940'larda bu koşullar altında ürettiği makaleleri, geçiş sürecini zekice idare ettiğini gösteriyor - ancak Illinois'de hiçbir zaman tam fakülte statüsüne ulaşamadı.

Long Island'da yeni bir laboratuvar

Ancak 1950'de Scharff-Goldhaber ve kocası birlikte yeni araştırma merkezinde gerçek bir araştırma evi buldular. Brookhaven Ulusal Laboratuvarı (BNL), üç yıl önce kurulmuştu. Bugün bir ABD Enerji Bakanlığı tesisi olan laboratuvarın orijinal görevi, atom enerjisinin barışçıl kullanımlarını aramaktı. Bilimsel çabaları o zamandan beri çeşitlendi, ancak nükleer ve yüksek enerji fiziği, araştırma faaliyetlerinin bir parçası olmaya devam ediyor.

Randevusu, Scharff-Goldhaber'i BNL'deki ilk kadın fizikçi yaptı ve derecesini aldıktan 15 yıl sonra, sonunda profesyonel bir araştırmacı olarak maaş alıyordu. Buna rağmen, oğlu Michael'ın sadece "gönülsüzce kabul eden" olarak tanımladığı bir atmosferde çalıştı. Goldhaber, "kıdemli bilim adamı" olarak işe alındı ​​ve kendi araştırma grubunu yönetti, ancak Scharff-Goldhaber, grubu içinde basitçe bir bilim adamı olarak derecelendirildi. (Goldhaber sonunda 1961–1973 laboratuvarının direktörlüğüne ve Scharff-Goldhaber kıdemli bilim adamına yükselecekti.)

BNL'de profesyonel bilimsel statüye sahip tek kadın olan Scharff-Goldhaber'in bilimsel alanda kadın meslektaşları yoktu. Laboratuvarla ilişkili kadınların çoğu, 1950'lerde geleneksel rolleri yerine getiren erkek bilim adamlarının çalışmayan eşleriydi. Michael ve Alfred adında iki çocuğu olan Scharff-Goldhaber'in benzer sorumlulukları vardı; ama sosyal etkinliklerde kadınlarla çocuk bakımı hakkında konuşmaktansa erkeklerle fizik hakkında konuşmaya daha yatkındı. Bu erkek çevresi içinde meslektaşlarıyla ve BNL reaktörü veya Van de Graaff hızlandırıcısındaki araştırması için ihtiyaç duyduğu izotopları üreten destek ekibiyle iyi ilişkiler kurdu.

Fisyon ve temel bir deney

Scharff-Goldhaber, hâlâ bağımsız bir bilim insanı olmaya çalıştığı 1930'lar dönemi dışında, aile yükümlülüklerini yerine getirirken, hızlı bir araştırma ve yayın temposu sürdürdü. 1936'da tezinden "Curie noktasının üzerindeki manyetizasyon üzerinde stresin etkisi" ni yayınladı. Bir sonraki makale seti, dört yıl sonra, 1940'ta Illinois'de nükleer fiziğe geçtiğinde başladı ve BNL'ye tamamen yerleşene kadar bir düzineden fazla daha yazdı. Sonraki 30 yılda, çoğu dergide olmak üzere 60 kadar makale daha yayınladı. Fiziksel İnceleme, ve konferans tutanaklarına katkılar.

Leo Szilard: nükleer silahları tasavvur eden ancak daha sonra bunların kullanımına karşı çıkan fizikçi

1940'larda Illinois'deki çalışmalarından ortaya çıkan makalelerin birçoğu, spontan nükleer fisyon ile ilgili olan da dahil olmak üzere, özellikle dikkate değerdir. 1938'de Lise Meitner ve Otto Frisch, nötronlarla bombardımana tutulan bir uranyum çekirdeğinin ikiye ayrılabileceğini ve çok fazla enerji açığa çıkarabileceğini bulmuştu. Nötron kaynaklı fisyon kendi kendini sürdürebilir hale getirilebilirse, muazzam derecede yıkıcı bir silah üretebilir. Savaş yaklaşırken, Avrupalı ​​ve Amerikalı fizikçiler, cevabı önce Nazilerin bulamayacağını umarak kendi kendini idame ettiren fisyonu araştırdılar.

1942'de Scharff-Goldhaber, görünüşe göre ilk kez, kendiliğinden fisyona uğrayan uranyumun enerji ile birlikte nötronlar saldığını doğrudan gösterdi. Bu nötronlar, daha fazla çekirdeği ve daha fazla enerjiyi aktive edebilir - nükleer bir patlamaya dönüşebilecek basamaklı bir zincirleme reaksiyon. Bunun gibi veriler, 1942'de Manhattan Projesi tarafından atom bombası yapılırken, dünyanın ilk kendi kendini idame ettiren kontrollü nükleer reaksiyonunu gerçekleştirmek için çok önemliydi. Scharff-Goldhabers henüz ABD vatandaşı değildi ve bu nedenle projenin bir parçası değildi, ancak sonucu ilgili bilim adamlarına gizlice dağıtıldı ve savaştan sonra yayınlandı (Fizik Rev. 70 229).

1948'de yayınlanan ayrı bir makalede (fizik devir. 73 1472), Scharff-Goldhabers birlikte temel bir soruyu yanıtladı: beta ışınları elektronlarla tam olarak aynı mı? 1897'de JJ Thomson tarafından katot ışınlarında keşfedilen elektronlar, bilinen ilk temel parçacıklardı. Birkaç yıl sonra, 1899'da Rutherford, yeni radyoaktivite olgusunu inceliyordu ve beta ışınları adını verdiği bilinmeyen bir emisyon buldu. Bunların aynı yük/kütle oranına sahip yüklü parçacıklar olduğu ortaya çıktı. e/m elektronlar olarak ve bu şekilde tanımlandılar. Ancak soru şuydu: beta ışınları ve elektronlar, spin gibi başka bazı özelliklerde farklılık gösterebilir mi?

Scharff-Goldhabers, bu hipotezi akıllıca kullanarak test etti. Pauli dışlama ilkesi, diye yazdılar, "herhangi bir özellikte farklılık gösterseler bir çift parçacık için geçerli olmaz". Deneylerinde, bir kurşun örneğini beta ışınlarıyla ışınladılar. Bunlar elektronlarla özdeş olmasaydı, Pauli ilkesine uymazlardı. Daha sonra kurşun atomları tarafından yakalanacaklar, zaten elektronlarla dolu bağlı yörüngelere girecekler ve en düşük yörüngeye geçerek X-ışınlarının yayılmasına neden olacaklardı. Eğer beta ışınları ve elektronlar aynı olsaydı, ilkinin atomik yörüngelere girmesi ve X-ışınları üretmesi engellenirdi. Deney, beta ışınlarının radyoaktif çekirdeklerden yayılan elektronlar olduğunu doğrulayarak, beklenen enerjilerde hiçbir X-ışınları saptamadı.

Heyecanlı çekirdekler ve “sihirli” sayılar

1950'lerin başlarında BNL'de başlayan Scharff-Goldhaber, kariyeri boyunca sürecek projesine başladı: periyodik tablodaki uyarılmış çekirdeklerin özelliklerinin sistematik bir resmini oluşturmak. "Düşük enerjili" nükleer fizik alanında çalışma planı, kocasının devasa yeni parçacık hızlandırıcılarının temel parçacıkları araştırdığı "yüksek enerjili" fiziğe artan ilgisinden farklıydı. Oğulları Michael'a göre, Scharff-Goldhaber'in ayrı yolu, babasını bir deneyci olarak büyük yeteneklerinden mahrum etti. Ancak, "bölünme, aile yemek masası sohbetinin, daha önce olduğu gibi, büyük ölçüde çocukların şaşkınlığına neden olacak şekilde, nükleer fiziğe odaklanmasını engellemedi" diye ekliyor. (Daha sonra o ve Alfred, teorik parçacık fiziği alanında doktora derecesi aldılar.)

O zamanlar, uyarılmış çekirdeğin davranışı yeni yeni kavranmaya başlıyordu. Bu yoğun proton ve nötron çorbası, nükleer kuvvetler tarafından birbirine bağlanmış, tüm vücudun dönüşü veya titreşiminde ifade edilen bir enerjiye sahip bir ortam oluşturan parçacıkların bir koleksiyonu olarak görülebilir. Bununla birlikte, sözde "kabuk modelinde" çekirdek, bir atomdaki elektronların işgal ettiği ayrık düzeylere veya "kabuklara" benzer şekilde, nükleonların enerji düzeylerini işgal ettiği bir kuantum sistemi olarak görülüyordu. Her yaklaşımın başarıları oldu. Çekirdeği bir sıvı olarak ele almak, onun nasıl deforme olabileceğini ve bölünebileceğini anlamamıza yol açtı. Kabuk modeli, çekirdeklerin belirli veya “büyü”, proton veya nötron sayıları (2, 8, 20, 28…) yine atomlardaki dolu elektronik kabuklara benzer şekilde son derece kararlı olacaktır.

Bununla birlikte, deneyin gerçekten kabuk modelini destekleyip desteklemediği veya her bir yaklaşımın en iyi nereye uygulanabileceği açık değildi. Scharff-Goldhaber'in farklı çekirdekler üzerine yaptığı kapsamlı araştırma, bu sorunların çözülmesine yardımcı oldu. Çalışmaları, sonunda iki yaklaşımı birbirine bağlayan teoriyi geliştirmede önemliydi. Aage Niels Bohr, Ben Mottelson ve Leo Rainwater 1975 Nobel Fizik Ödülü'nü paylaşıyor.

1950'lerde Scharff-Goldhaber, uyarılmış çekirdeklerin enerjisini nötron sayısına karşı ölçtü ve kabuk yapısının, sihirli sayılarda zirveye ulaşan enerjiyi etkilediğini gösterdi. Ayrıca, çekirdeğin şeklindeki bir değişiklikle ilişkilendirdiği nötron sayısındaki artışla birlikte enerji seviyelerinde anormal bir değişiklik kaydetti. Daha sonra kendi “değişken atalet momentiPeriyodik tablodaki enerjileri hakkında daha fazla bilgi sağlamak için çekirdeklerin şeklini kullanan ” (VMI) modeli.

Scharff-Goldhaber'in bu dönemdeki araştırmaları, nükleer teoriye yaptığı katkıların yanı sıra alışılmadık özelliklere de sahipti. Oğlu Alfred ile birlikte VMI modeli hakkında iki makale yazdı - bilindiği kadarıyla, fizikteki tek anne-oğul araştırma makalesi (Fizik Rev. Lett. 24, 1349 ; fizik Rev C 17, 1171).

Ayrıca, her çekirdeğin nötron sayısına karşı proton sayısının iki boyutlu bir çizimine yerleştirildiği standart çekirdek çizelgesini genişleterek veri analizini geliştirdi. Scharff-Goldhaber, her nükleer tür için en düşük uyarım enerjisiyle orantılı uzunluktaki dikey çubukları tablodaki uygun konuma yapıştırdı. 3D bilgisayar görselleştirmelerinin rutin kullanımından çok önce, bu, enerji değişimi gibi önemli özellikleri tespit etmede muazzam bir yardımcıydı. N = 88 ve N = 90.

Scharff-Goldhaber, araştırmasının yanı sıra bilimde kadınlara yardım etmenin ve bilim eğitimine ve bilim camiasına katkıda bulunmanın yollarını buldu. Pek çok profesyonel katılımın yanı sıra, fizikte kadınların statüsüne ve üniversite öncesi fizik eğitimine adanmış Amerikan Fizik Derneği (APS) komitelerinde görev yaptı. Hem erkekler hem de kadınlar olmak üzere kariyerinin erken dönemindeki bilim insanlarına ulaşmasıyla da tanınıyordu. Biri Goldhaber'in Illinois'deki doktora öğrencisi Rosalyn Yalow, 1977 Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü'nü paylaştı. radyoimmunoassay tekniğini icat ettiği için. Yalow, hem danışmanına hem de Scharff-Goldhaber'a "destek ve cesaretlendirme" için itibar etti. Scharff-Goldhaber aynı zamanda BNL'deki entelektüel atmosferi genişletti. Brookhaven Ders Serisi, Richard Feynman gibi seçkin konuşmacıların yer aldığı. 

Emekli ama hala araştırma yapıyor

Scharff-Goldhaber, BNL'ye nispeten geç başlamıştı ve araştırmasına uzun süre devam etmeye hazırdı, ancak dönemin katı emeklilik yasaları, 1977 yaşında, 66'de istihdamına resmen son verdi. Oğlu Michael'a göre, emeklilik zorunluydu. "ince cinsiyetçi" dediği bir yol. Bununla birlikte, ücretsiz çalışarak, diğer bilim adamlarıyla işbirliği yaptı ve 1988 yılına kadar araştırma makalelerinin yazarlığını yaptı. Ancak, sağlık sorunları nedeniyle faaliyetlerini kısıtladığında, 86 yaşında ölünceye kadar hala yapabildiklerini takdir etti ve tatmin olmaya çalıştı. 1998.

1990'da Scharff-Goldhaber ile röportaj yapan bir gazeteci, onun "yumuşak ama ısrarlı kararlılığına" dikkat çekti - muhtemelen onun bir araştırma kariyerinin önündeki engelleri aşmasını sağlayan karakter özellikleri. 2016'da annesinin hayatına dönüp baktığında, Michael onu "benzersiz bir inatçılığa ve hatta inatçılığa sahip bir kişi, kesinlikle ihtiyaç duyduğu özellikler ... sık sık kendisine karşı kurulan bir dünyada başarılı bir kariyer sürdürmek için" olarak tanımladı.

Belki Scharff-Goldhaber bu değerlendirmelere katılır, ancak geçerli olduğuna inandığım bir tane daha var. 1972'de, Isaac Asimov'un nükleer enerjiyle ilgili bir kitabını inceleyen Scharff-Goldhaber, bilimdeki ilerlemenin, diğer niteliklerin yanı sıra, "şeylerin temeline inme konusundaki yakıcı arzuya dayandığını" yazdı. Bu sözleri yazarken, kendi hayatının bu ahlak anlayışını mükemmel bir şekilde örneklediğini düşündü mü?

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• Plato blok zinciri. Web3 Metaverse Zekası. Bilgi Güçlendirildi. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://physicsworld.com/a/exploring-the-nuclear-world-the-life-and-science-of-gertrude-scharff-goldhaber/