Читать книгу Viden uden grAenser - Kristian Hvidtfelt Nielsen - Страница 30

Da sagen om geofysikprofessoratet fandt sin afslutning i oktober 1953, var kernefysikken ved instituttet på vej ind i en ny guldalder.²⁹ Den første var blevet indledt i midten af 1930’erne, da Bohr med økonomisk støtte fra Rockefellerfondet og Carlsbergfondet havde formået at dreje en væsentlig del af instituttets forskning over i retning af eksperimentel biologi og kernefysik.

Bohrs tidligere omtalte videreudvikling af væskedråbemodellen havde vist sig meget frugtbar. Der var dog fænomener, som den ikke kunne forklare, f.eks. at kernernes bindingsenergi (den energi der skal til for at splitte kernen ad) varierer på en regelmæssig måde op gennem grundstofrækken. Nogle fysikere foreslog, at dette kunne skyldes, at nukleonerne (en fællesbetegnelse for protoner og neutroner) kun optræder i bestemte kvantetilstande inde i atomkernen, ligesom et atoms elektroner kredser i bestemte kvantetilstande uden om atomkernen. I 1949 var den tysk-amerikanske fysiker Maria Goeppert-Mayer i stand til at vise, at kerner med et såkaldt »magisk antal« af protoner og neutroner (2, 8, 20, 28, 50, 82 og 126) var specielt stabile og desuden hyppigt forekommende i naturen. Goeppert-Mayer og en anden tysk fysiker, Hans Jensen, fremsatte derfor som hypotese, at hver nukleon bevæger sig uafhængigt af hinanden i et middelkraftfelt, der stammer fra de andre nukleoner. Et sådant felt vil give anledning til et sæt af kvantetilstande, der tilsammen udgør en skalstruktur, hvor de magiske tal netop svarer til helt fyldte skaller.³⁰

Den nye skalmodel førte hurtigt til en række forudsigelser, der blev eftervist eksperimentelt, og således stod kernefysikerne i 1949 med to konkurrerende kernemodeller, der var i stand til at gøre rede for hver sine eksperimentelle data om kernens struktur. Desuden var der eksperimentelle kendsgerninger, der ikke kunne forklares ud fra nogen af modellerne, ikke mindst resultatet af nogle forsøg, som blev foretaget ved Columbia University af en gruppe eksperimentalfysikere under ledelse af Charles Townes i årene efter krigen. Townes og hans medarbejdere målte en række kerners quadrupolmoment – et mål for hvor meget fordelingen af kernernes elektriske ladning afviger fra at være kuglesymmetrisk. Skæbnen ville nu, at der netop i 1949 ved Columbia arbejdede to meget kompetente teoretiske kernefysikere, som var interesserede i Townes’ forsøg, og som kom til at dele arbejdsværelse med hinanden. Den ene var amerikaner og hed James Rainwater, den anden var en dansker ved navn Aage Bohr, søn af Niels Bohr.

For at forklare Townes’ måleresultater formulerede Rainwater og Aage Bohr lidt forskellige kernemodeller. Modellerne blev publiceret i 1950, men mens Rainwater hurtigt kastede sig over andre problemer i fysikken, fortsatte Bohr med at videreudvikle sin model. Størstedelen af dette arbejde blev udført i København i et unikt og langvarigt samarbejde med den amerikanskfødte fysiker Benjamin (»Ben«) Roy Mottelson.³¹

Mottelson havde i 1950 fået sin ph.d. i fysik fra Harvard University. Med et Harvard-stipendium i ryggen besluttede han at fortsætte sin forskning ved et europæisk forskningscenter, men det var nærmest ved et tilfælde, at han havnede ved Niels Bohrs institut i København. Her følte han sig dog hurtigt så godt tilpas, at han besluttede at blive. Kraftigt medvirkende hertil var, at han og Aage Bohr i 1951 indledte det samarbejde om atomkernernes struktur, som 24 år senere skulle blive belønnet med nobelprisen i fysik. Resultaterne af deres samarbejde lod ikke vente længe på sig. Allerede i 1953 kunne de to fysikere, senere betegnet som »det mest effektive tandempar i fysikkens historie«,³² udgive en monografi med titlen Collective and Individual-Particle Aspects of Nuclear Structure, hvori de fremlagde en omfattende og skelsættende teori for atomkerners struktur.

I teorien – snart kendt under betegnelsen »den kollektive model« – blev atomkernen opfattet som en deformerbar og roterende struktur, der var koblet til nukleonernes individuelle tilstande. Modellen var en mellemting mellem væskedråbemodellen og skalmodellen, og Bohr og Mottelson kunne vise, at den var fleksibel nok til at gøre rede for begge disse modellers forudsigelser. Men den kunne mere end det. Deformerede kerners rotation måtte forventes at give anledning til kraftige rotationsspektre i gammastråleområdet, analogt til de rotationsspektre, som roterende molekyler kan fremvise i det infrarøde område. Da eksistensen af sådanne rotationsspektre blev bekræftet eksperimentelt allerede i 1953, blev det af mange kernefysikere opfattet som en blåstempling af i hvert fald et vigtigt aspekt af den kollektive model. Få år senere blev der i et eksemplarisk samarbejde mellem teoretikere og eksperimentalfysikere ved Bohrs institut udført en række såkaldte Coulomb-excitationseksperimenter, der til fulde bekræftede andre af Bohr og Mottelsons forudsigelser.

3.10 Aage Bohr og Ben Mottelson fotograferet i 1970, mens de arbejdede tæt sammen på deres store værk om atomkernens struktur.

Umiddelbart efter anden verdenskrig havde Bohrs institut været i fare for at miste den enestående position, Niels Bohr havde opbygget i 1920’erne og 1930’erne. Den nye generation af fysikere efter krigen var ikke specielt interesserede i filosofiske fortolkninger af komplementaritetssynspunktet, men foretrak mere resultatorienteret forskning i moderne, veludstyrede laboratorier. Og her var især USA leveringsdygtig. Med mange penge, fine laboratorier og fremragende forskere – heraf mange flygtninge fra Europa – var USA blevet naturvidenskabens nye supermagt. Det var i denne situation, at det lykkedes Aage Bohr, Ben Mottelson og deres nære medarbejdere at vende udviklingen og give instituttet en ny profil. Da Bohr og Mottelson i 1951 indledte deres frugtbare samarbejde om atomkernens struktur, var det begyndelsen til endnu en guldalder, der varede til omkring 1970.

I 1950’erne og 1960’erne forblev instituttet således et førsteklasses videnskabeligt centrum, »alle fysikeres Mekka«, som den østrigsk-amerikanske fysiker Victor Weisskopf udtrykte det så sent som i 1966.³³ På 80-årsdagen for Niels Bohrs fødsel, den 7. oktober 1965, fik instituttet det officielle navn Niels Bohr Institutet. Niels Bohr havde været bestyrer af instituttet helt frem til sin død i 1962, hvorefter Aage Bohr førte det traditionsrige institut videre i faderens ånd. Her strømmede kernefysikere til fra hele verden for at arbejde og udveksle ideer, og her blev kernefysikken mere eller mindre afsluttet med det monumentale tobindsværk Nuclear Structure, som Bohr og Mottelson publicerede i 1969 (bind 1) og 1975 (bind 2).³⁴ Det virkede derfor meget passende, at nobelprisen i fysik for året 1975 blev tildelt de tre personer, der havde startet kernefysikkens anden guldalder: Aage Bohr, Ben Mottelson og James Rainwater.

Den fremragende forskning og den berømte frie diskussionsatmosfære ved Niels Bohr Institutet var naturligvis af afgørende betydning for, at talrige udenlandske fysikere valgte at arbejde kortere eller længere tid ved netop dette institut i perioden 1950-70. Men andre faktorer har også spillet en rolle. Videnskabshistorikeren John Krige har således dokumenteret, at når den amerikanske Ford Foundation i årene 1956 til ca. 1970 ydede omkring $650.000 til forskningsophold ved Niels Bohrs institut i København, så skyldtes det ikke kun fondets ønske om at fremme videnskabelig forskning af høj kvalitet. Fondsledelsen havde i lige så høj grad øjnene åbne for de muligheder, der lå i at promovere vestlige værdier på lokaliteter, der var kendte som mødesteder for den intellektuelle elite fra øst og fra vest. Og netop Niels Bohr Institutet i København blev af Ford Foundation anset for at være et af den vestlige verdens vigtigste kilder til udbredelse af frie og demokratiske ideer blandt meningsdannere i de kommunistiske lande. Instituttet havde en lang tradition for besøg af fysikere, der normalt levede bag jerntæppet eller bambustæppet, og fondet kalkulerede med, at når fysikerne fra øst fik lov at møde kolleger fra vest i frie diskussioner om videnskab, samfundsforhold og demokrati, ville de vende hjem med et mere positivt syn på vestlige værdier, end de havde fået i deres hjemlande.³⁵ Selv om Ford Foundation’s politiske ståsted næppe var helt i overensstemmelse med Bohrs synspunkt om en »åben verden«, anså han fondets støtte som en udmærket mulighed for at praktisere og promovere sin egen idé.