Bohr og Mottelson: Den dynamiske duo afslørede atomkernens hemmeligheder
PORTRÆT: Niels Bohr fik i 1922 nobelprisen i fysik for sin atomteori. I 1975 fik hans søn Aage Bohr og dennes nære kollega Ben Mottelson samme pris for en teori om atomkernens struktur og egenskaber. Her er historien om duoen, som er blevet kaldt: »den mest effektive tandem i fysikkens historie«.
bohr mottelson atomkerners struktur nobelpris 1975

Aage Bohr og Ben Mottelson fremlagde i 1953 deres teori for den kollektive model for atomkernernes struktur i en stor artikel. Artiklen præsenterede en ny model, som integrerede to forskellige teorier om atomkernens struktur. (Foto: Niels Bohr Arkivet) 

Atomets lillebitte kerne blev opdaget af Ernest Rutherford i 1911, og 20 år senere blev fysikerne klar over, at kernen består af tæt forbundne protoner og neutroner.

Atomkernen i almindelig uran består af 239 nukleoner, hvoraf de 92 er protoner og 146 er neutroner. 

Som en fælles betegnelse for kernepartiklerne foreslog den danske fysiker Christian Møller i 1941 navnet 'nukleon'.

Historien kort
  • Aage Bohr gik i sin berømte faders fodspor. Sammen med makkeren Ben Mottelson fik han en nobelpris for den kollektive atomkernemodel.
  • Den komplicerede fysik var dog svær at forstå for menigmand, og den kunne derfor ikke leve op til datidens ønske om, at forskning skulle være forståelig for hele befolkningen.

Den første gode model for atomkernens struktur blev udviklet af Niels Bohr i slutningen af 1930’erne, og efter 2. verdenskrig kom andre modeller til.

Men på trods af at de eksisterende kernemodeller kunne forklare mange fænomener, havde de en begrænset forklaringskraft.

Det stod i stigende grad klart, at man savnede en virkelig god teori for atomkernen, som kunne redegøre for de mange eksperimentelle data, der strømmede ind fra de kernefysiske laboratorier.

En sådan teori blev i starten af 1950’erne udviklet af Bohr og hans kollega Ben Mottelson, der i 1975 blev tildelt nobelprisen for deres indsats. Men den Bohr, der her er tale om, er vel at mærke ikke Niels Bohr men dennes søn Aage Bohr.

Fysikkens 'mest effektive tandem'

Historien begynder i 1949, hvor den 27-årige Aage Bohr befandt sig på Columbia University i USA. Han delte kontor med den amerikanske fysiker Leo James Rainwater, der netop havde foreslået, at den kugleformede atomkerne under visse omstændigheder antog en mere langstrakt form, omtrent som en tyk cigar.

Den unge Bohr udviklede året efter ideen til en teori, hvor kernen roterede som en sej væske. Den mindede mere om et blødkogt end et hårdkogt æg.

Efter at være vendt hjem til København indledte Bohr et frugtbart samarbejde med en anden amerikansk fysiker, den fire år yngre Benjamin ('Ben') Mottelson.

Det langvarige samarbejde mellem de to var tæt, harmonisk og produktivt. Duoen Bohr og Mottelson er af fysikeren Milovad Mladenovic blevet beskrevet som »den mest effektive tandem i fysikkens historie«.

Mottelson havde ikke oprindeligt tænkt sig at blive i Danmark, men samarbejdet om atomkernens hemmeligheder ændrede på hans planer. I 1971 blev han dansk statsborger, og 3 år senere indenlandsk medlem af Videnskabernes Selskab.

En ny københavnermodel

Bohr-Mottelson-modellen, der blandt fysikere blev kendt som den kollektive model for atomkernen, sammenfattede inden for samme teoretiske ramme hovedtræk i de tidligere kernemodeller.

På den ene side bevægede nukleonerne sig individuelt og næsten frit, men på den anden side var nukleonerne også koblet sammen i en fælles struktur. 

aage bohr Ben mottelson

Før Aage Bohr og Ben Mottelson var det kun Niels Bohr, som havde fået tildelt nobelprisen i fysik. (Foto: Niels Bohr Institutet)

Ifølge den kollektive model, sådan som Bohr og Mottelson fremstillede den i en række publikationer i 1950’erne, var atomkernen en deformerbar og roterende struktur, der kunne eksistere i forskellige energitilstande.

Bohr og Mottelson forudsagde, at roterende kerner ville give anledning til spektrallinjer svarende til overgange mellem rotationstilstande, og forudsigelsen blev hurtigt bekræftet. Modellen blev udviklet i et tæt samarbejde med danske og udenlandske eksperimentalfysikere, hvis data viste sig at være i smukkeste overensstemmelse med modellens forudsigelser.

Bohr og Mottelson fortsatte med at udforske atomkernens fysik. I to store bind med titlen 'Nuclear Structure' fra henholdsvis 1969 og 1975 gav de en samlet fremstilling af alt, hvad man vidste om den lille atomkerne.

Det var et værdigt monument over en lang og succesrig forskningsindsats.

Bohr og Mottelson bliver tildelt nobelprisen

Portrætter af danske nobelpristagere

Videnskabshistoriker Helge Kragh skriver de kommende lørdage en række portrætter af kendte og knap så kendte danske forskere, som har udført uovertruffen grundforskning og er blevet belønnet med nobelprisen for det. 

Læs med hver lørdag og kom tættere på bl.a. Henrik DamNiels Bohr, Aage Bohr & Ben Mottelson, August Krogh samt Jens Christian Skou.

I 1975 valgte nobelkomiteen i Stockholm at dele fysikprisen ligeligt mellem Leo James Rainwater, Aage Bohr og Ben Mottelson for »opdagelsen af forbindelsen mellem kollektiv bevægelse og partikelbevægelse i atomkernerne og udviklingen af teorien for atomkernernes struktur på dette grundlag.« 

Rainwaters bidrag var hans artikel fra 1949, der startede udviklingen. Men siden da beskæftigede Rainwater sig ikke mere med kernefysik, og han var da også højst overrasket, da han blev informeret om prisen.

Når den kollektive model for atomkernen blev vurderet så højt, skyldtes det ikke så meget selve opdagelsen i de tidlige 1950’ere som det forhold, at modellen havde en lang række anvendelser og perspektiver, der ikke oprindeligt var tænkt på.

Og ikke mindre vigtig var den nære forbindelse til eksperimentel fysik, som den teoretiske Bohr-Mottelson model havde udviklet sig til. Dette gjaldt i første omgang spektroskopiske data, der bekræftede modellens forudsigelser, men også eksperimenter inden for højenergifysik stod i gæld til den kollektive model.

Nobelfestlighederne i 1975 markerede også 75-året for prisen, hvorfor de svenske værter havde sat alle sejl til. Ikke blot var en lang række tidligere nobelpristagere inviteret, det samme gjaldt dronning Margrethe og prins Henrik. For første gang overværede en fremmed monark festlighederne.

Beskedne Aage Bohr foran den danske presse

I forbindelse med prisuddelingen blev det naturligvis bemærket, at Aage Bohr var søn af en tidligere nobelpristager. Den berømte Niels Bohr var død i 1962, men han var stadig en ikonisk skikkelse i fysikermiljøet, og man kunne tro, at hans status var medvirkende til tildelingen af prisen i 1975. Der er dog intet, der tyder på, at det var tilfældet. 

Uundgåeligt blev Aage Bohr af den danske presse bedt om at sammenligne sit videnskabelige arbejde med faderens. Hans svar var karakteristisk undvigende, idet han fremhævede forskellen snarere end ligheden. Som han sagde:

»Det han fik nobelprisen for var skelsættende inden for fysikken; mit er et anderledes beskedent bidrag.«

Aage Bohr Ben Mottelson atomkerne nobelpris 1975

Aage Bohr mente selv, at faderen Niels Bohrs (billedet) bidrag til fysikken var skelsættende, mens hans eget kun var et beskedent bidrag. (Foto: Wikimedia Commons)

Nobelprisen i 1975 var også til Niels Bohr Institutet

Næsten al moderne naturvidenskab foregår i grupper, hvor forskere arbejder sammen. Bohrs og Mottelsons bidrag til den kollektive kernemodel var nærmest uadskillelige, og desuden arbejdede de tæt sammen med en større gruppe af fysikere på Niels Bohr Institutet.

Satsningen på atomkernens fysik var teoretisk såvel som eksperimentel, og den gav nyt liv til det hæderkronede institut som et internationalt center for kernefysik. 

I 1960’erne nød instituttet et ry, der næsten var sammenligneligt med det, som det have nydt tredive år tidligere under Niels Bohrs ledelse. Blot var det blevet mere specialiseret og mere afhængigt af større forskningsgrupper bestående af teoretikere og eksperimentalfysikere i nært samarbejde.

Prisen i 1975 var ikke kun til Bohr og Mottelson, men også til instituttet på Blegdamsvej.

Hvad skal vi med grundforskningen?


Videnskab.dk sætter fokus på grundforskning.

Vi tager dig med helt ind i maskinrummet af grundforskningen og finder ud af:

  • hvad skattekronerne går til,
  • hvilke projekter der bliver lavet,
  • hvem der står bag og
  • hvad vi historisk set har fået ud af grundforskning.

Se hele temaet om grundforskning

Nobelprisen i 1975 blev gjort politisk

Det videnskabelige arbejde, som Bohr og Mottelson blev belønnet for, var teknisk komplekst og formuleret i uforståelige kvantemekaniske ligninger.

Det var nærmest umuligt at gøre teorien tilgængelig for lægfolk, der måtte nøjes med tvivlsomme metaforer for den plastiske atomkerne, som blev sammenlignet med cigarer, fodbolde og pandekager.

I de politiserede 1970’ere var kernefysik en del af den ophedede debat om atomkraftværker og atombomber.

Det var uundgåeligt, at nobelprisen i 1975 blev inddraget i debatten, også selv om fysikerne i København afviste enhver sammenhæng. Der var, sagde de, tale om ren og skær grundforskning, som intet havde at gøre med atomenergiens anvendelser til civile eller militære formål.

Fremhævelsen af det grundvidenskabelige element i kernefysikken var imidlertid et tveægget sværd, for i årtiet var der en politisk tendens til at foretrække praktisk anvendelig forskning.

Som den daværende socialdemokratiske undervisningsminister Ritt Bjerregaard slog til lyd for i en kronik fra 1975, så burde al offentlig støttet forskning være såvel forståelig for folket som nyttig for samfundet.

Bohr og Mottelsen kunne ikke leve op til populismen

Den slags populistiske kriterier kunne Bohrs og Mottelsons forskning umuligt leve op til.

Nobelprisen kom indirekte til at spille en rolle i tidens forskningspolitiske debat, hvor blandt andet fysikere fra Niels Bohr Institutet imødegik Bjerregaards synspunkter og påpegede grundforskningens kulturelle og videnskabelige værdi.

Men det var argumenter, der havde vanskeligt ved at vinde gehør i tiden.

Bohr og Mottelson valgte at holde sig uden for debatten. Mens Aage Bohr døde i 2009, lever Ben Mottelson stadig i bedste velgående og har sin daglige gang på det Institut, han først besøgte for 66 år siden.