Ben Roy Mottelson Kimdir?

Yüzyılın en önemli nükleer fizikçilerinden biri olan ve atom çekirdeğinin küresel olmayan geometrisini keşfederek fizik dünyasında devrim yaratan Amerikan-Danimarkalı bilim insanı Ben Roy Mottelson kimdir? 

1975 yılında Aage Bohr ve James Rainwater ile birlikte Nobel Fizik Ödülü’ne layık görülen Mottelson, çalışmalarıyla atom altı dünyanın anlaşılmasına yepyeni bir bakış açısı getirmiştir. Kendisi, sadece bir teorisyen değil, aynı zamanda birleştirici bir vizyona sahip, disiplinler arası düşünebilen ve öğrencilerine ilham veren ender bilim insanlarından biridir. Bu biyografide, Chicago banliyölerinden başlayıp Kopenhag’daki Niels Bohr Enstitüsü’ne ve Nobel ödülüne uzanan bu olağanüstü bilim insanının hayatını, çığır açan teorilerini ve bilime bıraktığı mirası detaylı bir şekilde inceleyeceğiz.

Ben Roy Mottelson Biyografisi

Ben Roy Mottelson, 9 Temmuz 1926’da ABD’nin Illinois eyaletinde bulunan Chicago şehrinde dünyaya geldi. Ancak asıl büyüdüğü yer, Chicago’nun batı banliyösü olan La Grange’dı . Babası bir mühendisti ve evde bilim, siyaset ve ahlak gibi konuların özgürce tartışıldığı bir aile ortamında büyüyen Mottelson’ın merak duygusu, daha çocuk yaşlarda şekillenmeye başladı.

Genç Mottelson’ın eğitim hayatı, II. Dünya Savaşı’nın gölgesinde geçti. Lise eğitimini tamamladıktan sonra, ABD Donanması tarafından subay eğitimi alması için Purdue Üniversitesi’ne gönderildi. Savaşın bitmesinin ardından eğitimine devam eden Mottelson, 1947 yılında Purdue Üniversitesi’nden lisans derecesini aldı. Onun asıl bilimsel yolculuğu, doktora eğitimi için gittiği Harvard Üniversitesi’nde başladı. Burada, dönemin önde gelen teorik fizikçilerinden, daha sonra kendisi de Nobel Ödülü kazanacak olan Julian Schwinger’in yanında çalıştı. 1950 yılında lityum-6 ve lityum-7’nin temel durumları üzerine yazdığı tezle doktorasını tamamladı.

Doktora sonrası, Mottelson’ın hayatını tamamen değiştirecek bir fırsat ortaya çıktı: Harvard’ın verdiği Sheldon Seyahat Bursu’nu kazanmıştı. Bu burs sayesinde dünyanın neresinde çalışmak istediğini seçme özgürlüğüne sahipti. Mottelson, tercihini dönemin teorik fizik merkezlerinden biri olan Kopenhag’daki Niels Bohr Enstitüsü’nden yana kullandı. 1950-1951 yılları arasında geçirdiği bu yıl, onun kariyerinde bir dönüm noktası oldu. O kadar ki, Kopenhag hayatının geri kalanı için üssü haline geldi ve 1971 yılında Danimarka vatandaşlığına geçti.

Bilimsel Ortaklık: Bohr ile Simbiyoz

Mottelson’ı Kopenhag’a çeken şey, sadece Niels Bohr’un kurduğu ekol değil, aynı zamanda Niels Bohr’un oğlu Aage Bohr ile kuracağı derin işbirliğiydi. Aage Bohr, Columbia Üniversitesi’nde James Rainwater ile yaptığı görüşmelerin ardından atom çekirdeğinin mükemmel küre olmadığı, aksine bazı durumlarda basık bir futbol topu gibi asimetrik şekiller alabileceği fikriyle meşguldü. Bu fikir, Niels Bohr’un atom çekirdeğini bir sıvı damlası olarak gören klasik modeliyle çelişiyordu.

Genç ve hevesli teorisyen Mottelson ile deneysel gözlemlerin peşindeki Aage Bohr arasında başlayan işbirliği, modern nükleer fiziğin en verimli ortaklıklarından birine dönüştü. Birlikte, 1952-1953 yıllarında bir dizi çığır açan makale yayınladılar. Bu makalelerde, çekirdeğin toplu hareketi (dönme ve titreşim gibi) ile bireysel nükleonların (proton ve nötronların) hareketi arasındaki karmaşık etkileşimi ustalıkla birleştirdiler. Onların bu yaklaşımı, daha sonra literatüre “Bohr-Mottelson Teorisi” olarak geçti.

En önemli katkılarından biri, deforme olmuş (yani küresel olmayan) çekirdeklerin dönme hareketini açıklamak oldu. Gözlemler, deforme çekirdeklerin eylemsizlik momentlerinin (dönmeye karşı gösterdikleri direnç), katı bir cismin beklenen değerinden daha düşük olduğunu gösteriyordu. Bu bulmaca, 1958 yılında David Pines’in Kopenhag’ı ziyareti sırasında çözüldü. Pines, metal fizikteki süperiletkenliği açıklayan yeni geliştirilmiş BCS (Bardeen-Cooper-Schrieffer) teorisini anlattı. Bohr, Mottelson ve Pines, nükleonların da tıpkı elektronlar gibi “eşleşme” (pairing) etkisi gösterdiğini ve bu eşleşmenin, çekirdeğin dönme eylemsizlik momentini azalttığını fark ettiler. Bu, nükleer fizik ile yoğun madde fiziği arasında beklenmedik ve güçlü bir bağ kurulmasını sağladı.

Onların bu kapsamlı çalışmaları, atom çekirdeğinin düşük enerjilerdeki davranışını anlamak için güçlü bir teorik çerçeve oluşturdu. Bu çerçeve, deneysel verileri olağanüstü bir doğrulukla açıklıyor ve tahminlerde bulunuyordu.

Zirveye Giden Yol: Nobel Ödülü

James Rainwater, Aage Bohr ve Ben Mottelson, atom çekirdeğinin geometrik şeklinin küresel olmadığı ve toplu hareket ile bireysel parçacık hareketi arasındaki bağlantıyı keşfettikleri için 1975 yılında Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldüler. Nobel Komitesi, ödül gerekçesinde “atom çekirdeklerinde toplu hareket ile parçacık hareketi arasındaki bağlantıyı keşfetmeleri ve bu bağlantıya dayanarak atom çekirdeğinin yapısı teorisini geliştirmeleri” ifadesine yer verdi.

Bu ödül, Mottelson için büyük bir tanınmaydı. İlginç bir anekdot olarak, ödülün açıklandığı sırada Mottelson, medyadan ve tanınmaktan kaçmak için Çin’deydi. Onun bu mütevazı karakteri, bilim camiasında herkes tarafından bilinen bir özelliğiydi.

Nobel ödülünün kazandırdığı prestije rağmen Mottelson, asıl başyapıtını henüz tamamlamamıştı. Aage Bohr ile birlikte, nükleer yapı teorisini iki ciltlik dev bir eserde topladılar: “Nuclear Structure” (Nükleer Yapı). Birinci cilt “Single-Particle Motion” (Tek-Parçacık Hareketi) 1969’da, ikinci cilt “Nuclear Deformations” (Nükleer Deformasyonlar) ise 1975’te yayınlandı. Bu kitaplar, sadece birer ders kitabı olmanın ötesinde, yüzlerce orijinal fikir ve derinlemesine analiz içeren, adeta dev boyutlu birer bilimsel makale niteliğindeydi. Bugün bile, çok parçacıklı kuantum sistemleri teorisi üzerine en çok başvurulan monografiler arasında yer almaktadır.

Nanobilimden Soğuk Atomlara

Mottelson, Nobel Ödülü’nü kazandıktan sonra da bilimsel çalışmalarına hız kesmeden devam etti. Onun en dikkat çekici özelliklerinden biri, fiziğin farklı alanları arasında köprüler kurabilen disiplinler arası vizyonuydu. Bir fikirden ilham alarak, bambaşka bir alanda çığır açmayı başarıyordu.

1970’lerin başında fizikçiler Balian ve Bloch, çok küçük sistemlerde enerji seviyelerinin dağılımında “kabuk” (shell) yapısı üzerine ek bir “süper kabuk” (supershell) yapısı olması gerektiğini teorik olarak öngörmüşlerdi. Ancak bu etkiyi gözlemleyebilmek için binlerce parçacıktan oluşan sistemlere ihtiyaç vardı ki bu, atom çekirdeği ile mümkün değildi. Mottelson, bu teorinin metal kümeler (bir araya gelmiş birkaç bin metal atomu) üzerinde test edilebileceğini fark etti. Kopenhag’daki Niels Bohr Enstitüsü’nde yapılan deneyler, sodyum buharından oluşturulan kümelerin boyut dağılımını ölçerek süper kabuk yapısını ilk kez deneysel olarak doğruladı.

Bu başarı onun yeteneklerini taçlandırdı. Kısa süre sonra, Mottelson yarıiletken teknolojisiyle üretilen nanoyapıların da benzer kabuk yapıları sergilemesi gerektiğini öngördü. Bu fikir, “yapay atomlar” olarak da adlandırılan kuantum noktaları (quantum dots) araştırmalarının öncüllerinden biri haline geldi ve nanobilim alanına önemli katkılarda bulundu.

Mottelson’ın merakı bununla da sınırlı kalmadı. 1990’ların sonunda, lazerle soğutulmuş ultra-soğuk atomik gazların, nükleer fizikteki karmaşık çok cisim problemlerini incelemek için eşsiz bir laboratuvar sunduğunu fark eden ilk isimlerden oldu. Bu sistemleri bazen “yapay çekirdekler” olarak adlandırıyordu. Dönen Bose-Einstein yoğunlaşmalarındaki vortekslerin (girdapların) doğası ve süperakışkanlık ile bağlantısı üzerine yoğun çalışmalar yaptı. Aynı şekilde, ultra-soğuk Fermi gazlarındaki eşleşme mekanizmaları üzerine yaptığı teorik çalışmalar, daha sonraki deneysel keşiflerin zeminini hazırladı.

Eğitimci ve Liderdi

Mottelson, bilimsel üretkenliğinin yanı sıra, uluslararası bilim işbirliğinin gelişmesi için de büyük çaba sarf etti. İdari görevlerden genellikle kaçınan bir kişiliğe sahip olmasına rağmen , Avrupa’da nükleer fizik teorisini ilerletecek bir merkezin kurulması gerektiğine yürekten inanıyordu. Bu inançla, 1993 yılında İtalya’nın Trento kentinde ECT* (European Centre for Theoretical Studies in Nuclear Physics and Related Areas) adlı araştırma merkezinin kuruluşunda öncü rol oynadı ve 1997 yılına kadar merkezin ilk direktörlüğünü yaptı. Bu merkez, bugün Avrupa’daki teorik nükleer fizik araştırmalarının en önemli odak noktalarından biri haline gelmiştir.

Bir eğitimci olarak Mottelson, tahtanın başında geçirdiği saatlerle öğrencilerine ilham veren ender hocalardandı. Onun derslerini anlatanlar, derin düşüncesinin yanı sıra kavramları nasıl kristal berraklığında açıkladığını ve genç araştırmacılara deneysel verilerle teori arasındaki diyaloğun önemini nasıl aşıladığını vurgularlar. Dünyanın dört bir yanından gelen öğrenciler, onun bu üslubundan derinden etkilenmiş ve birçoğu bilim kariyerine onun sayesinde yön vermiştir.

Mütevazı ve Oyunbaz Bir Deha

Mottelson’ı sadece bir bilim insanı olarak değil, bir insan olarak da anlamak gerekir. Onu tanıyan herkes, mütevazılığını, sıcak kişiliğini ve bulaşıcı coşkusunu anlatır . Kamuoyunun dikkatinden kaçınmayı seven Mottelson, gösterişten uzak, son derece samimi bir yaşam sürdü. Okumaya olan tutkusu ve Niels Bohr Enstitüsü kütüphanesindeki zamanı onun en büyük keyiflerinden biriydi.

Fizik kadar, oyunbaz doğasıyla da tanınırdı. Uçurtma yapmak, sıcak hava balonları uçurmak ve hatta yaşının ilerlemesine rağmen ağaçlara tırmanmak onun için sıradan aktivitelerdi. Risk almaktan korkmayan yapısı, bisiklet kullanma şekline bile yansırdı: Kask takmayı reddeder ve kırmızı ışıkta durmak gibi bir alışkanlığı yoktu. Fizikteki sezgisi ne kadar güçlüyse, hayattaki bu “kuralsızlığı” da o kadar karakteristikti. 86 yaşında bir yelkenli teknedeyken, rüzgar şiddetlendiğinde yelkenleri küçültmek isteyenlere, “tüm eğlenceyi istiyorum, hızlı gidelim ve ıslanalım” diyerek karşı çıkması, onun ruhunu özetleyen harika bir örnektir.

Ben Roy Mottelson, 13 Mayıs 2022’de, 95 yaşında Kopenhag’da hayata gözlerini yumdu . Geride, atom çekirdeğinin yapısından nanokümelerin gizemine, soğuk atomlardan kuantum mekaniğinin temellerine kadar uzanan dev bir bilimsel miras bıraktı. Onun “sonlu kuantal sistemlerin harika dünyası” olarak adlandırdığı evrende yaptığı yolculuk, bugünün fizikçilerine rehberlik etmeye devam ediyor.

 

Künye Bilgisi	Detay
Gerçek adı	Ben Roy Mottelson
Doğum tarihi	1926
Doğum yeri	Chicago, Illinois, ABD
Ölüm tarihi	13 Mayıs 2022 (95 yaşında)
Boyu	Bilgi mevcut değil
Kilosu	Bilgi mevcut değil
Burcu	Yengeç
Medeni Hali	–
Eğitimi	Purdue Üniversitesi (BS, 1947) Harvard Üniversitesi (PhD, 1950)
İnsanlığa Kattığı Şeyler	Atom çekirdeğinde toplu hareket ile tek parçacık hareketi arasındaki bağlantının keşfi (Bohr-Mottelson Teorisi), deforme çekirdeklerin dönme hareketinin açıklanması, metal kümelerde süper kabuk yapısının öngörülmesi ve doğrulanması, “Nuclear Structure” başyapıtı, ECT* araştırma merkezinin kurucu direktörlüğü.