本·罗伊·莫特森(Ben Roy Mottelson,1926年7月9日 - 2022年5月13日),丹麦-
美国双重国籍的核物理学家,因发展了
原子核内部结构的非球形理论,与阿格·玻尔和詹姆斯·雷恩瓦特共同获得1975年
诺贝尔物理学奖。他的研究对理解原子核的结构和行为产生了深远影响。
本·罗伊·莫特森1926年出生于
芝加哥的一个犹太家庭,父亲古德曼·莫特森是一名工程师,母亲是乔治亚·布卢姆。他是家中三个孩子中的第二个。莫特森从
伊利诺伊州拉格朗日的里昂郡高中毕业后,通过
美国海军的V12计划进入
普渡大学。1947年获得理学
学士,随后在
哈佛大学攻读研究生,师从理论物理学家
施温格,1950年获得哲学博士学位。
之后,他前往
哥本哈根继续研究工作,曾获得哈佛大学的出国奖学金、美国原子能委员会的奖学金,并在西欧核子研究中心担任研究职位。1953年,他成为
欧洲核子研究中心(CERN)理论研究小组的工作人员。1957年起,他在新成立的诺迪奇理论物理研究所担任教授,并于1971年成为
丹麦的自然公民。1959年春季,他曾担任
加利福尼亚大学伯克利分校的客座教授。
莫特森持有丹麦和美国护照,享有双重国籍。他与南希·简·雷诺于1948年结婚,育有两个儿子和一个女儿,直到她于1975年去世。后来,他于1983年与布里塔·玛格尔·西格姆菲尔德再婚。莫特森于2022年5月13日在
哥本哈根去世,享年95岁。
本·罗伊·莫特森在1950年代初期参与解决了
原子核结构理论中的一个重大困境。1936年发展起来的液滴模型把原子核描述为一种带电液滴,并能在它的球形基础上作振动。这种图像得到1939年发现的裂变过程的强有力的支持。在这种裂变过程中,原子核形变得如此厉害,以致破裂成两块。这种液滴模型比较简单,而且无内部结构。而1949年发展起来的核的壳层模型,用质子和中子的独立运动来看待核结构。它认为质子和中子都在绕
质心的轨道上运动,这种模型在解释可与单个粒子的轨道运动相联系的大量核性质中获得了巨大的成功。
1950-51年
雷恩沃特与阿格·玻尔发展了几个
原子核模型来研究单个原子的运动,新的原子核模型第一次使科学家们确切地描述某些原子特征,包括一些原子核中的非球形电荷分布。
从1957开始莫特森与阿格·
奥格·玻尔合作,他们将理论模型与实验数据相对照,在1952至1953年发表的三篇论文中,玻尔与莫特森给出了大量的实验数据,分析了它们提供的关于单个核子的运动与核形变之间相互影响的信息,阐述了理论与实验结果的一致性。在此工作的基础上,在其后数十年内,他们作出了巨大的努力来发展一种对
原子核综合且自洽的描述。
这一发展的最主要部分是:弄清如何从单个粒子的运动形成振动和转动,肯定核中粒子成对结合所起的重要作用(这种成对结合非常类似于金属中产生超导性的电子对),以及核中大量新型振动的发现,其中有一些振动类似于液滴的振动,而另一些则涉及到核的一些量子特征(不属于经典图像之列)。在这一发展过程中,许多不同国家的物理学家进行了非常活跃的通力合作,
哥本哈根的尼尔斯·玻尔研究所为这个建立在由其奠基人创立的传统基础之上的国际合作提供了机会。
本·罗伊·莫特森因其在核物理学领域的贡献获得了多项荣誉。他是《原子科学家通讯》的赞助理事会成员,芬兰科学与文学学会的名誉会员,美国哲学学会的会员,
孟加拉国科学院和挪威科学与文学学会的外籍院士。1969年,他获得了和平原子奖。此外,他还曾担任
意大利特伦托ECT*研究所的所长,任期为1993年至1997年。莫特森的科学成就和国际合作精神对后世产生了深远的影响。