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벤 로위 모텔손

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1. 개요

벤 로위 모텔손은 원자핵 내의 집단 운동과 입자 운동 간의 연관성을 발견하고 원자핵 구조 이론을 연구한 공로로 1975년 노벨 물리학상을 수상한 덴마크-미국 물리학자였다. 시카고에서 태어나 퍼듀 대학교에서 학사 학위를, 하버드 대학교에서 핵물리학 박사 학위를 받았다. 닐스 보어 연구소에서 아게 보어와 함께 원자핵 연구를 시작했으며, 1971년 덴마크로 귀화하여 이중 국적을 갖게 되었다. 1950년대 초반 제임스 레인워터 및 아게 보어와 함께 원자핵 모델을 개발하여 핵 특성을 설명했으며, 초전도체 이론의 짝짓기 효과를 원자핵에 적용하는 연구를 수행했다.

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벤 로위 모텔손
기본 정보
이름벤 로이 모텔손
원어 이름Ben Roy Mottelson
출생일1926년 7월 9일
출생지미국 일리노이 시카고
사망일2022년 5월 13일
사망지덴마크 코펜하겐
국적미국, 덴마크
분야핵물리학
소속 기관북유럽 이론물리학 연구소
모교퍼듀 대학교 (학사)
하버드 대학교 (박사)
박사 지도 교수줄리언 슈윙거
박사 학위 논문 제목리튬-6 및 리튬-7의 바닥 상태
박사 학위 논문 발표 년도1950년
박사 학위 논문 URL박사 학위 논문
알려진 업적원자핵의 기하학
배우자낸시 제인 레노 (1948년–1975년; 자녀 3명)
브리타 마르거 시굼펠트 (1983년 결혼)
수상
수상 내역평화를 위한 원자상(1969년)
존 프라이스 웨더릴 메달(1974년)
노벨 물리학상(1975년)
마리안 스몰루초프스키 메달(1980년)
노벨 물리학상 수상 이유원자핵에서의 집단 운동과 독립 입자 운동의 통일적 기술 및 이를 바탕으로 한 원자핵 구조 이론 구축
기타
참고 사항1975년 노벨 물리학상 수상자

2. 생애

벤 로위 모텔손은 미국 출신의 덴마크 핵물리학자이다. 1926년 미국 일리노이주 시카고에서 태어나 퍼듀 대학교에서 학사 학위를, 하버드 대학교에서 줄리언 슈윙거의 지도로 1950년 박사 학위를 받았다.[24] 박사 학위 취득 후 덴마크 코펜하겐으로 이주하여 닐스 보어 연구소와 북유럽 이론 물리학 연구소(Nordita) 등에서 연구 경력을 쌓았다.[2] 코펜하겐에서 오게 보어를 만나 원자핵의 집단 운동에 대한 공동 연구를 시작했으며, 이는 핵자의 독립 입자 운동과 집단 운동을 통합적으로 설명하는 집단 운동 모형의 개발로 이어졌다.[5][6][7][8] 이 공로로 1975년 오게 보어, 제임스 레인워터와 함께 노벨 물리학상을 공동 수상했다.[26][10] 1971년에는 덴마크 시민권을 취득하여 미국덴마크의 이중 국적자가 되었다.[4] 그는 오게 보어와 함께 핵구조물리학 분야의 고전으로 평가받는 ''Nuclear Structure''를 저술하기도 했다.[11][12][13][14] 모텔손은 1969년 평화를 위한 핵 상(Atoms for Peace Award)을 수상했으며,[19] 여러 국가의 과학 아카데미 회원으로 활동하는 등 국제적으로 인정받는 물리학자이다.[28][29]

2. 1. 초기 생애 및 교육

벤 로위 모텔손은 1926년 7월 9일 미국 일리노이주 시카고에서 태어났다.[24] 그의 아버지는 엔지니어인 굿맨 모텔손이었고, 어머니는 조지아(블룸)였다.[24] 그의 가족은 유대인이었다.[1]

그는 일리노이주 라 그랑주에 있는 라이온스 타운십 고등학교를 졸업했다.[24] 고등학교 졸업 후 미국 해군에 입대하여 퍼듀 대학교에서 장교 훈련을 받았다.[24] 1947년 퍼듀 대학교에서 학사 학위를 받았고,[24] 1950년에는 하버드 대학교에서 핵물리학 박사 학위를 취득했다.[24] 그의 박사 과정 지도 교수는 이론 물리학자 줄리언 슈윙거였는데, 슈윙거는 이후 1965년 양자 전기역학 연구로 노벨 물리학상을 수상했다.[24]

2. 2. 덴마크로의 이주와 연구 활동

하버드 대학교에서 줄리언 슈윙거의 지도로 1950년 박사 학위를 받은 후, 하버드 대학교의 셸든 여행 장학금을 통해 덴마크 코펜하겐으로 이주했다. 그는 코펜하겐 대학교의 이론물리학 연구소(Institute for Theoretical Physics, 훗날의 닐스 보어 연구소)에서 박사후연구원으로 연구 경력을 시작했으며, 이곳에서 아게 보어와 만나 원자핵의 집단 운동에 대한 공동 연구를 시작했다.

1953년, 그는 코펜하겐에 기반을 둔 CERN의 이론 연구 그룹의 일원이 되었다.[2] 같은 해, 모텔손은 아게 보어와 함께 핵자의 독립 입자 운동을 다루는 껍질 모형과 핵자의 집단 운동을 설명하는 액체방울 모형을 통합한 집단 운동 모형을 구축했다. 이들은 1952년부터 1953년까지 이론과 실험 데이터 사이의 밀접한 일치를 보여주는 일련의 논문을 발표했는데, 예를 들어 특정 핵의 에너지 준위를 회전 스펙트럼으로 설명할 수 있음을 보였다.[5][6][7][8] 이 연구는 핵물리학 분야에서 새로운 이론적, 실험적 연구를 촉진하는 계기가 되었다.

1957년, 새로 설립된 북유럽 이론 물리학 연구소(Nordita)의 교수로 임명되어 CERN 이론 그룹 직책을 떠났다.[2] 그해 여름, 데이비드 파인즈가 코펜하겐을 방문하여 초전도체 연구에서 발전된 BCS 이론의 짝짓기 효과를 소개했다. 이에 영감을 받아 모텔손과 보어는 유사한 짝짓기 효과를 원자핵에 도입하여 짝수 및 홀수 원자핵 사이의 에너지 준위 차이를 설명했으며, 1958년에는 원자핵에서 초유동 상태가 나타날 수 있음을 지적했다.[9] 또한 고스핀 상태에서 초유동 상태가 상유동 상태로 상전이될 가능성을 제시하는 등 "유한 양자 다체계로서의 원자핵"이라는 개념을 형성하는 데 기여했다.

1959년 봄에는 미국 캘리포니아 대학교 버클리에서 방문 교수로 재직했다.[3] 이후 1971년 덴마크 시민권을 취득하여 미국덴마크의 이중 국적자가 되었다.[4]

모텔손은 아게 보어와 함께 핵구조물리학 분야의 필독서로 꼽히는 "Nuclear Structure" Vol. 1 & 2 (1969년, 1975년 출판)를 저술하기도 했다.

2. 3. 연구 업적

1950년1951년 사이, 제임스 레인워터오게 닐스 보어는 개별 핵자의 운동을 고려한 새로운 원자핵 모델을 개발했다. 이 모델은 기존의 단순한 액체방울 모형을 넘어, 핵 내부 구조를 고려하고 비구형 분포와 같은 여러 핵 특성을 설명할 수 있는 최초의 시도였다. 모텔손은 오게 닐스 보어와 협력하여 이 이론 모델을 실제 실험 데이터와 비교하는 중요한 연구를 수행했다.[5][6][7][8]

1952년부터 1953년까지, 보어와 모텔손은 세 편의 논문을 발표하며 이론과 실험 결과 사이의 밀접한 일치를 입증했다. 특히 특정 핵의 에너지 준위가 회전 스펙트럼으로 설명될 수 있음을 보여주었는데, 이는 당시 고전 물리학 이론으로는 설명하기 어려웠던 부분을 해소하며 새로운 이론 및 실험 연구를 촉진하는 계기가 되었다.[5][6][7][8]

1957년 여름, 코펜하겐을 방문한 데이비드 파인즈는 보어와 모텔손에게 초전도체 이론에서 발전된 '짝짓기 효과' 개념을 소개했다. 이에 영감을 받아 보어와 모텔손은 유사한 짝짓기 효과를 원자핵 이론에 도입하여 짝수 및 홀수 원자핵 사이의 에너지 준위 차이를 성공적으로 설명했다.[9]

이러한 연구는 핵자의 독립 입자 운동(껍질 모형)과 핵 전체의 집단 운동(액체 방울 모형)을 통합적으로 기술하는 집단 운동 모형으로 발전했다. 1953년에 구축된 이 모형은 원자핵 내 집단 운동과 입자 운동 사이의 연관성을 밝히고, 이를 기반으로 원자핵 구조 이론을 발전시킨 중요한 업적으로 평가받는다. 이 공로를 인정받아 모텔손은 1975년 제임스 레인워터, 오게 닐스 보어와 함께 노벨 물리학상을 공동 수상했다.[26][10]

노벨상 수상 이후에도 모텔손의 연구는 계속되었다. 1957년 BCS 이론이 발표되자마자, 1958년 그는 원자핵에서도 초유동 상태가 나타날 수 있음을 지적했다. 또한 고스핀 상태에서 초유동 상태가 상유동 상태로 전이될 수 있는 가능성을 제시하는 등, 원자핵을 '유한 양자 다체계'로 바라보는 새로운 관점을 제시하며 핵물리학 연구의 지평을 넓혔다.

오게 닐스 보어와 함께 저술한 두 권의 책, ''Nuclear Structure'' Vol. 1 (1969년, 단일 입자 운동)과 Vol. 2 (1975년, 핵변형)는 핵구조물리학 분야에서 필독서로 꼽히는 중요한 저작이다.

모텔손은 방글라데시 과학 아카데미[28]와 노르웨이 학술원[29]의 외국인 특별 회원이기도 하다. 1969년에는 평화를 위한 핵 상(Atoms for Peace Award)을 수상했으며, 원자력 과학자 회보 (Bulletin of the Atomic Scientistseng)의 후원자로도 활동하고 있다.[27]

2. 4. 노벨상 수상 이후

오게 보어와 함께 연구를 계속하여 2권으로 구성된 단행본 ''핵 구조''를 출판했다.[11][12][13][14] 제1권 ''단일 입자 운동''은 1969년에,[11][12] 제2권 ''핵 변형''은 1975년에 출판되었다.[13][14] 이 책은 핵구조물리학 분야의 필독서로 널리 인정받고 있다.

1993년부터 1997년까지 이탈리아 트렌토에 있는 ECT*의 소장을 역임했다.[20]

모텔손은 과학자로서 사회적 책임에도 관심을 보여 원자 과학자 협회 회보의 후원 위원회 위원으로 활동했다.[27] 또한, 그는 핀란드 과학 문학 학회의 명예 회원,[16] 미국 철학 학회 회원,[16] 방글라데시 과학 아카데미[28]와 노르웨이 과학 문학 아카데미[29]의 외국인 회원으로 선출되었다. 1969년에는 원자를 위한 평화상을 수상하기도 했다.[19]

3. 개인사

모텔손은 이중 국적자로, 덴마크와 미국 국적을 모두 가졌다. 그는 코펜하겐에 거주했다. 1948년 낸시 제인 리노와 결혼하여 1975년 그녀가 사망할 때까지 함께 살았으며, 슬하에 두 아들과 한 딸을 두었다. 이후 1983년에 브리타 마거 시검펠트와 재혼했다.[21]

그는 2022년 5월 13일 코펜하겐에서 95세의 나이로 사망했다.[22][23][24]

참조

[1] 웹사이트 Jewish Nobel Prize Winners in Physics https://www.jinfo.or[...] 2023-03-29
[2] 웹사이트 Prof. Ben Mottelson http://www.scholarpe[...] Scholarpedia 2015-06-11
[3] 웹사이트 Ben R. Mottelson – Biographical https://www.nobelpri[...] Nobel Foundation 2017-06-01
[4] 뉴스 Ben Roy Mottelson er død https://politiken.dk[...] 2022-05-16
[5] 논문 The Coupling of Nuclear Surface Oscillations to the Motion of Individual Nucleons http://publ.royalaca[...] Royal Danish Academy of Sciences and Letters
[6] 논문 Collective and Individual-Particle aspects of Nuclear Structure http://publ.royalaca[...] Royal Danish Academy of Sciences and Letters
[7] 논문 Interpretation of Isomeric Transitions of Electric Quadrupole Type American Physical Society 1953-01-01
[8] 논문 Rotational States in Even-Even Nuclei American Physical Society 1953-05-01
[9] 논문 Possible Analogy between the Excitation Spectra of Nuclei and Those of the Superconducting Metallic State American Physical Society (APS) 1958-05-15
[10] 웹사이트 Nobel prize citation http://nobelprize.or[...] 2012-02-18
[11] 서적 Nuclear structure W.A. Benjamin 1969
[12] 논문 Nuclear Structure, Vol. 1, Aage Bohr and Ben R. Mottelson https://physicstoday[...] 1970-09-01
[13] 서적 Nuclear Structure: Volume II (Nuclear Deformations) https://books.google[...] Basic Books 1975
[14] 논문 Nuclear Structure, Vol. 2: Nuclear Deformations, A. Bohr and B. R. Mottelson https://physicstoday[...] 1977-03-01
[15] 웹사이트 Bulletin of the Atomic Scientists – Board of Sponsors http://www.thebullet[...] 2012-02-18
[16] 웹사이트 APS Member History https://search.amphi[...] 2021-03-31
[17] 웹사이트 List of Fellows of Bangladesh Academy of Sciences http://www.bas.org.b[...] 2016-08-04
[18] 웹사이트 Gruppe 2: Fysikkfag (herunder astronomi, fysikk og geofysikk) http://www.dnva.no/c[...] Norwegian Academy of Science and Letters 2010-10-07
[19] 논문 Atoms for Peace Awards: Six scientists are honored for their contributions in development of peaceful uses for the atom. https://www.jstor.or[...] 1969-06-27
[20] 웹사이트 ECT* Past Directors https://www.ectstar.[...] European Centre for Theoretical Studies in Nuclear Physics and Related Areas 2022-05-21
[21] 서적 MTI ki kicsoda https://books.google[...]
[22] 뉴스 Ben Roy Mottelson er død https://www.bt.dk/sa[...] BT.dk 2022-05-16
[23] 뉴스 Dansk nobelprisvinder er død https://politiken.dk[...] Politiken 2022-05-16
[24] 뉴스 Ben Roy Mottelson Dies at 95; Shed Light on the Shape of Atoms https://www.nytimes.[...] 2022-05-19
[25] 뉴스 Ben Roy Mottelson er død https://www.bt.dk/sa[...] 2022-05-16
[26] 웹사이트 노벨 상 홈페이지 http://nobelprize.or[...]
[27] 웹인용 원자력 과학자 회보 - 후원자 명단 http://www.thebullet[...] 2009-04-20
[28] 웹인용 방글라데시 과학 아카데미 http://www.bas.org.b[...] 2016-06-10
[29] 웹인용 노르웨이 학술원 특별 회원 일람 http://www.dnva.no/c[...] 노르웨이 학술원 2011-06-11



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