Бенжамин Моттельсон

В этом же году Гарвард наградил М. стипендией для поездки за границу, что позволило ему проводить исследования в Институте теоретической физики в Копенгагене. Он продолжил свою работу в этом институте в последующем, получая стипендию вначале от Комиссии по атомной энергии США, а затем от ЦЕРНа (Европейской организации ядерных исследовании). В 1957 г., с момента основания Нордического института теоретической атомной физики (Нордита) в Копенгагене, он стал в нем профессором, а в 1981 г. сменил Оге Бора на посту директора Нордита.

С самого начала работы в Институте теоретической физики М. тесно сотрудничал с Оге Бором в разработке проблем ядерной теории. Бор (один из шести сыновей Нильса Бора) незадолго до этого вернулся из Колумбийского университета, где работал вместе с Джеймсом Рейнуотером. Последний к тому времени уже внес существенный вклад в теорию строения атомного ядра, причем многие проблемы он интенсивно обсуждал с Бором. Используя новые идеи. Бор и М. разработали всестороннюю теорию поведения ядра, которую они назвали коллективной моделью.

В то время ученые пытались объяснить поведение большого числа протонов и нейтронов (известных под общим названием нуклонов) в большом ядре с помощью двух теоретических моделей Согласно капельной модели, предложенной Нильсом Бором в 1936 г., ядро во многом похоже на каплю жидкости, которая колеблется и изменяет форму. Капельная модель позволяла объяснить деление ядра, но заводила в тупик при объяснении других его свойств. Согласно оболочечной модели, предложенной в 1949 г. Марией Гепперт-Майер и И. Хансом Д. Йенсеном, предполагается, что нуклоны движутся внутри ядра по независимым концентрическим орбитам, или оболочкам, во многом подобно тому, как электроны движутся в атоме. Согласно их теории, сила, действующая на один нуклон, равна сумме сил, порожденных всеми нуклонами ядра. Гепперт-Майер и Йенсен выдвинули гипотезу, согласно которой поле этой коллективной силы сферически симметрично. Однако экспериментальные данные показали, что распределение электрического заряда некоторых ядер не имеет той сферической конфигурации, которую оно должно было бы иметь согласно оболочечной модели.

Рейнуотеру пришла в голову идея, что центробежные силы могли бы вызывать деформацию орбит, так что вся конфигурация приняла бы дынеобразную форму, он опубликовал эту идею в 1950 г. Гипотеза Рейнуотера хорошо согласовывалась с тем, над чем размышлял Оге Бор, и по возвращении в Копенгаген в конце этого же года Бор начал разрабатывать обстоятельную теорию поведения ядра. Два года спустя он опубликовал вместе с М. совместную модель ядра, базировавшуюся на идее Рейнуотера. В этой модели был осуществлен синтез жидкообразного поведения ядра, описанного капельной моделью, и орбитальнонуклонных свойств, присущих оболочечной модели.

Согласно модели Бора – Моттельсона, совместное воздействие нуклонов приводит к тому, что поверхность ядра ведет себя подобно поверхности капли жидкости. В то же время орбитальная структура ядра допускает деформации, что приводит к колебаниям и вращениям поверхности. Если внешняя оболочка ядра обладает полным комплектом нуклонов, то, согласно Бору и М., ядро имеет сферическую форму, когда же внешняя оболочка не заполнена, ядро принимает дынеобразную форму. Они обнаружили, что деформированные ядра обладают рядом новых мод колебаний и вращении, включая поверхностные волны и моды «дыхания», при которых происходят колебания размеров ядра. Предыдущие модели не сумели предсказать эти явления, поскольку они не принимали в расчет взаимодействие между нуклонами.

Коллективная модель позволила Бору и М. предсказать свойства деформированных ядер и подтвердить эти предсказания экспериментально. Когда же эксперименты, проделанные другими физиками, также подтвердили их теорию, оба ученых сообщили о своих открытиях в 1953 г. После опубликования коллективной модели М. и Бор продолжали и дальше развивать свою ядерную теорию.

В 1975 г. М. разделил Нобелевскую премию по физике с Бором и Рейнуотером «за открытие связи между коллективным движением и движением одной частицы в атомных ядрах и создание на основе этой связи теории строения атомного ядра». Выдвинув коллективную теорию, сказал при презентации лауреатов Свен Йоханссон, член Шведской королевской академии наук, М. и Бор «дали стимул новым теоретическим исследованиям, но , что самое главное, они способствовали проведению многочисленных экспериментов для проверки их теоретических предсказаний». Результатом, сказал Йоханссон, явилось «углубленное понимание структуры атомного ядра. Например, они показали... что нуклоны имеют тенденцию образовывать пары. Вследствие этого ядерное вещество обладает свойствами, напоминающими свойства сверхпроводников».

В 1948 г. М. женился на Нэнси Джэйн Рено; у них трое детей. В 1971 г. все они приняли датское гражданство. Жена М. умерла от рака в 1975 г., незадолго перед тем, как М. был награжден Нобелевской премией. Известный как человек исключительного интеллекта и способностей, М. в свободное время ездит на велосипеде, занимается плаванием и музыкой; однако большую часть своей жизни он посвящает размышлениям над атомным ядром и его поведением.

Кроме Нобелевской премии, М. имеет почетные ученые степени Университета Пердью и Гейдельбергского университета.