Benjamin Mottelson (1926–2022)

Benjamin Mottelson var en USA-født fysiker som spesialiserte seg i teoretisk arbeid med strukturen til atomkjernen. I løpet av 1950-årene, i nært samarbeid med sin danske kollega Aage Bohr, konstruerte Mottelson en teori kjent som den kollektive modellen, som var mye overlegen tidligere kjernefysiske modeller. Modellen stimulerte ikke bare nye eksperimenter innen kjernefysikk, den viste seg også fruktbar på tvers av disipliner ved å relatere atomkjernen til områder som superledning og fysikken til nøytronstjerner. Mottelson og Bohr (hvis far Niels vant en Nobelpris i 1922) delte 1975 Nobelprisen i fysikk for sitt arbeid, sammen med den amerikanske kjernefysikeren James Rainwater.

Mottelson, som er død 95 år gammel, tilbrakte nesten hele sin forskerkarriere i København, hvor han var en ledende skikkelse i kjernefysikkmiljøet. Hans arbeid revitaliserte Københavns Universitets Institutt for Teoretisk Fysikk, grunnlagt av Niels Bohr i 1921 og omdøpt i 1965 til Niels Bohr Institute. Mottelsons entusiasme, utadvendthet og brede interesser gjorde ham til en skattet lærer og foreleser i Danmark så vel som i utlandet.

Mottelson ble født i Chicago, Illinois, i 1926, og ble uteksaminert fra ungdomsskolen under andre verdenskrig og ble deretter sendt av den amerikanske marinen til Purdue University i West Lafayette, Indiana, for offiseropplæring. Han mottok sin bachelorgrad fra Purdue i 1947 og fortsatte med doktorgradsstudier i kjernefysikk ved Harvard University i Cambridge, Massachusetts, med Julian Schwinger, som skulle motta Nobelprisen i 1965 for sine bidrag til kvanteelektrodynamikk. Mottelson ble finansiert av stipend fra Harvard og den amerikanske atomenergikommisjonen, og forlot deretter USA for å utføre doktorgradsarbeid ved Institute for Theoretical Physics i København.

Fram til 1950 var den foretrukne modellen for atomkjernen skallmodellen, såkalt fordi nukleoner (protoner og nøytroner) okkuperte kvantenivåer, eller skjell, som atomelektronene. Imidlertid foreslo Aage Bohr da at kjernen kunne rotere som en viskøs flytende ellipsoide – noe som et roterende rå egg. Så snart Mottelson ankom København og møtte Bohr, begynte de å samarbeide om modeller av atomkjerner. I sin Nobel-forelesning fra 1975 beskrev Mottelson det som ble et livslangt forskningssamarbeidsprogram som «en dialog mellom beslektede ånder som har blitt avstemt gjennom en lang periode med felles erfaring og felles utviklet forståelse».

I 1953, i et 174-siders essay utgitt av Det Kongelige Danske Videnskapsakademi, presenterte Bohr og Mottelson det som ble kjent som den kollektive, eller enhetlige, modellen for kjernefysisk struktur. Den inkorporerte funksjoner fra skallmodellen og den rivaliserende væskedråpemodellen, som avbildet nukleonene som analoge med molekylene i en vanndråpe. Som Mottelson var en av de første som påpekte, spådde modellen at et fenomen kalt Coulomb-spredning ville oppstå når ladede partikler samhandlet. Dette ble bekreftet av eksperimenter i København og andre steder. Bohr-Mottelsons kollektive modell stimulerte et bredt spekter av eksperimenter innen kjernefysikk, for eksempel studiet av spektre generert av roterende kjerner.

I 1957 ble BCS – eller Bardeen-Cooper-Schrieffer – teori foreslått for å forklare mikroskopiske aspekter ved superledning. Bohr og Mottelson innså da at kjernefysisk materie har egenskaper som er analoge med superledende faste stoffer, og publiserte denne innsikten i en viktig artikkel fra 1958 skrevet sammen med den amerikanske fysikeren David Pines (A. Bohr et al. Phys Rev. 110936; 1958). Ved å utvide BCS-teorien til det kjernefysiske domenet, var de tre fysikerne i stand til å forklare forskjellen i stabiliteten mellom isotoper med partall og oddetall av nukleoner. I løpet av 1960-årene fortsatte Bohr og Mottelson sine studier av kjernefysisk struktur, med ambisiøst mål om en omfattende og syntetisk behandling av hele området. Det første resultatet av deres innsats dukket opp i 1969, med bind 1 av den monumentale Kjernefysisk struktur, som ble fullført seks år senere i et andre bind – samme år som de mottok Nobelprisen. Det var den siste nobelprisen som ble delt ut for arbeid innen kjernefysikk.

I 1953 tiltrådte Mottelson en forskerstilling i den teoretiske studiegruppen som det nyetablerte CERN, det europeiske senteret for kjernefysikk og høyenergifysikk, hadde dannet i København ved Instituttet for teoretisk fysikk. Da teorigruppen flyttet til Genève, Sveits, i 1957, ble Mottelson utnevnt til professor ved det nærliggende Nordisk Institutt for Teoretisk Atomfysikk (Nordita) som ble grunnlagt samme år. I 1971 ble Mottelson naturalisert dansk statsborger. Bortsett fra gjesteprofessorater ble han ved Nordita til han gikk av med pensjon i 1994.

Selv om han ble pensjonist, fortsatte han forskningen som emeritusprofessor og sporadisk foreleser. I 2015 bidro den 88 år gamle fysikeren til en artikkel om lavtemperaturtilstander med lav tetthet kjent som Bose-Einstein-kondensater (JC Cremon et al. Phys. Rev. EN 91033623; 2015). Et annet emne som Mottelson kjempet med i løpet av sine senere år var grunnlaget for kvantemekanikk, som han undersøkte i artikler skrevet sammen med Aage Bohr og Ole Ulfbeck. Mottelson og hans medforfattere ønsket å vite hva kvantemekanikk egentlig handler om og hvorfor ligningene fungerer så bra. De hevdet at det riktige grunnlaget for kvantemekanikk var et “prinsipp om ekte tilfeldighet” og at dette prinsippet innebar et nytt geometrisk, snarere enn atomært, verdensbilde som hadde dimensjoner av rom og tid, men ikke masse. Deres radikale tolkning av uårsakede hendelser, som klikk i en detektor, førte til at de argumenterte for at Plancks kvantekonstant ikke har noen plass i fundamental teori.

Ben var en aktiv mann som likte svømming, sykling og musikk. Hver dag syklet han de 12 kilometerne til Niels Bohr Institutet fra hjemmet sitt i en forstad nord for København. Han vil først og fremst bli husket for sine banebrytende bidrag til teorien om kjernefysisk struktur. Men han vil også bli husket, og savnet, for sine varme menneskelige egenskaper og brede interesser utover fysikk.

Konkurrerende interesser

Forfatteren erklærer ingen konkurrerende interesser.