Née le 28 juin 1906 à Katowice en haute Silésie (alors en Allemagne) et décédée le 20 février 1972 à San Diego (Californie), Maria Goeppert est issue d'une lignée d'universitaires depuis sept générations. Après des études à Göttingen, où elle passe son doctorat de physique théorique en 1930 sous la direction de Max Born, elle épouse le physico-chimiste américain Joseph E. Mayer, qui est alors l'assistant de James Franck (prix Nobel de physique en 1925 pour la découverte des lois gouvernant les interactions d'un électron et d'un atome) ; elle émigre peu après avec lui aux États-Unis.
L'université Johns Hopkins de Baltimore les accueille (mais sans salaire pour elle) et elle y collabore avec Karl Herzfeld sur la physico-chimie des molécules organiques. De 1939 à 1946, ils travaillent à l'université Columbia de New York, en particulier sur la possibilité de séparer les isotopes par des réactions photochimiques. Ce n'est qu'en 1946 qu'elle est reconnue comme chercheur par le Laboratoire national d'Argonne, près de Chicago, où elle s'initie à la physique nucléaire avec Edward Teller et Enrico Fermi. Elle restera à Chicago jusqu'en 1960 et y obtiendra ses résultats les plus fameux, en particulier le modèle en couche du noyau atomique, qui lui vaudra de partager le prix Nobel de physique en 1963 avec le physicien allemand Johannes Hans D. Jensen et le physicien américain d'origine hongroise Eugene Wigner. En 1960, elle rejoint l'université La Jolla de San Diego en Californie.
L'étude des noyaux atomiques dans les années 1930 avait révélé la remarquable stabilité des noyaux contenant un « nombre magique » (c'est à dire 2, 8, 20, 50, 82 ou 106) de protons ou de neutrons. Quelques physiciens avaient avancé l'idée que, de manière analogue aux électrons dans la description par Niels Bohr de l'atome, les nucléons (protons ou neutrons) se mouvaient sur des orbites appartenant à des couches bien séparées, les nombres magiques correspondant à des couches complètes. Ce modèle développé en détail par Maria Goeppert-Mayer (et indépendamment par Jensen et ses collaborateurs) à partir de 1948 supposait que la forte interaction entre le mouvement de rotation intrinsèque (quantifié par le « spin ») des nucléons et leur mouvement orbital était responsable de la structure des niveaux d'énergie des noyaux. De nombreuses conséquences déduites de cette hypothèse se révélèrent vérifiées par les mesures expérimentales. Quelques années plus tard, James Rainwater, Aage Bohr et Ben R. Mottelson (tous trois Prix Nobel de physique 1975) complétaient la théorie en tenant compte du couplage entre les mouvements des nucléons de la couche externe et le mouvement collectif du cœur nucléaire.
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