К сожалению, обнаруженное выбивание из ядер азота протонов, а также давно известное испускание ядрами электронов в виде бета-лучей только более упрочило общепринятое представление о том, что ядра состоят из протонов и электронов. В своем знаменитом выступлении в 1920 г. — второй Бейкериановской лекции, прочитанной в Королевском обществе, — Резерфорд пророчески рассуждал о новых типах атомных ядер, но говорил о них как о состоящих из протонов и электронов [14]. Среди названных Резерфордом гипотетических ядер был «нейтрон» с атомным весом 1 и электрическим зарядом, равным 0, но и он, считалось, состоит из протона и электрона. Было совершенно неясно, почему одни электроны в атоме связаны в ядре, а другие вращаются по орбитам далеко за пределами ядра, однако ни у кого не возникло и мысли о том, какого рода сила могла бы действовать на исключительно малых расстояниях, разделяющих частицы внутри атомного ядра.
Нейтральная ядерная частица была открыта в Кавендишской лаборатории, и сделал это Джеймс Чедвик (1891—1974) в 1932 г. Чедвик был студентом Резерфорда еще в Манчестерском университете, а после того, как Резерфорд в 1917—1918 гг. открыл расщепление ядер азота, Чедвик вместе с Резерфордом занимался исследованием расщепления других легких элементов: алюминия, фосфора и фтора. В 1932 г. Чедвик стал уже весьма заметной фигурой в физике, членом Королевского общества; будучи заместителем директора (Резерфорда) Кавендишской лаборатории, он одновременно вел собственные научные исследования.
В 1932 г. Чедвик заинтересовался удивительным открытием Ирен и Фредерика Жолио-Кюри [15]. За несколько лет до этого В. Боте и Г. Бекер обнаружили, что бериллий и другие легкие элементы при бомбардировке их очень быстрыми альфа-частицами, излучаемыми радиоактивным полонием, создают сильнопроникающее излучение — гораздо более проникающее, чем протоны, которые возникают при ядерных расщеплениях того типа, что изучал Резерфорд. Сначала предполагалось, что обнаруженное излучение имеет электромагнитную природу подобно свету, рентгеновскому или гамма-излучению. Затем Ирен и Фредерик Жолио-Кюри заметили, что если направить испускаемое бериллием излучение в вещество, богатое водородом, например парафин, то они выбивают из этого вещества протоны. Сам по себе тот факт не был столь уж удивительным, но, как выяснилось, протоны имеют весьма высокую скорость (это было установлено при попытках отклонить пучок этих частиц в магнитном поле). Если по предположению супругов Жолио-Кюри испускаемое бериллием излучение действительно имеет электромагнитную природу, то ядра бериллия должны выделять в десять раз больше энергии, чем имели альфа-частицы, порождающие эти лучи. Супруги Жолио-Кюри даже усомнились, соблюдается ли в этих процессах закон сохранения энергии.
Чедвик стал изучать излучение бериллия, направляя его кроме парафина на ряд других материалов. Вскоре он обнаружил, что под действием излучения вылетают не только ядра водорода, но и другие ядра, которые движутся с гораздо меньшей скоростью, чем ядра водорода. Если предполагать, что излучение бериллия имеет не электромагнитную природу, а состоит из частиц с массой, близкой к массе протона, то следовало ожидать, что скорость ядер отдачи должна уменьшаться с увеличением атомного веса этих ядер. Как и в случае столкновений альфа-частиц с ядрами, теперь при изучении лобовых столкновений с ядрами частиц излучения бериллия имелось два неизвестных: конечная скорость частиц излучения бериллия и скорость ядер отдачи. Величины этих скоростей связаны двумя условиями: законом сохранения энергии и законом сохранения импульса. Поэтому обе неизвестные скорости можно определить (см. приложение К).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.