Начальная скорость частицы была неизвестна, но, взяв отношение скоростей отдачи для двух различных сталкивающихся ядер, можно было решить эту проблему и затем установить атомный вес частицы. Чедвик, пользуясь данными Нормана Фезера, установил, что то же самое излучение бериллия, которое заставляет ядра отдачи водорода (с атомным весом 1) двигаться со скоростью 3,3 • 107 м/с, сообщает ядрам отдачи азота (атомный вес 14) скорость 4,7 • 106 м/с. При фиксированных начальной скорости и атомном весе частицы приведенная выше формула показывает, что скорости ядер отдачи обратно пропорциональны сумме атомного веса частицы и атомного веса сталкивающегося с частицей ядра.
Отсюда получаем, что атомный вес частицы, вылетающей при расщеплении ядра бериллия высокоэнергетической альфа-частицей, должен быть равен 1,16 — именно в этом случае правая часть соотношения равна 15,16/2,16 = 7,02, т. е. его левой части. К сожалению, точность измерения скоростей в этом эксперименте не превышала примерно 10 %, поэтому на основании полученных результатов Чедвик мог только сделать вывод, что масса частицы, по всей вероятности, очень близка к массе ядра водорода, т. е. к массе протона.
Другое свойство излучения бериллия было очевидно с самого начала: высокая проникающая способность свидетельствовала о том, что эти частицы должны быть электрически нейтральны. (Заряженные частицы отклоняются электрическими полями, существующими внутри атомов; именно поэтому электрически нейтральные гамма-лучи обладают несравненно более высокой проникающей способностью, чем альфа- или бета-лучи.) Исходя из атомного веса и нейтральности частицы, возникающей при бомбардировке бериллия альфа-частицами, можно было предположить, что она просто-напросто представляет собой электрически нейтральную структуру, состоящую из протона и электрона, о которой говорил Резерфорд в своей Бейкериановской лекции в 1920 г. О своих результатах Чедвик сообщил в «Клубе Капицы» — так назывался кружок физиков Кавендишской лаборатории, который возглавлял советский физик Петр Леонидович Капица (1894—1983). А несколько дней спустя Чедвик написал о своем открытии в статье, опубликованной 27 февраля 1932 г. в журнале Nature. Позднее в том же году в журнале ProceedingsoftheRoyalSociety [16] была напечатана его статья, содержащая более полную информацию. Именно там Чедвик дал вновь обнаруженной частице название, под которым она с тех пор известна: нейтрон.
Чедвик, как и Резерфорд, считал, что нейтрон — это всего лишь некая комбинация из протона и электрона, а отнюдь не самостоятельная элементарная частица. Эта точка зрения была подкреплена более точными измерениями массы новой частицы (теперь исследовались нейтроны, испускаемые атомами бора, а не бериллия), которые, казалось бы, свидетельствовали о том, что масса нейтрона чуть меньше суммы масс протона и электрона. Этого и следовало ожидать, исходя из соотношения Эйнштейна, связывающего энергию и массу частицы, если предположить, что нейтрон в самом деле представляет собой комбинацию из протона и электрона. (Внутренняя энергия, а следовательно, и масса составной системы частиц должна быть меньше суммы энергий ее составных частей; иначе при расщеплении составной частицы на части могла бы выделяться энергия и именно поэтому составная частица была бы нестабильной.)
В своей статье 1932 г. Чедвик не высказывал никаких соображений относительно роли нейтрона в строении ядра. Эта проблема была немедленно поднята немецким физиком-теоретиком Вернером Гейзенбергом (1901—1976), который уже в период 1925—1926 гг. стал знаменит как один из создателей квантовой механики[1]. В серии статей, опубликованных в 1932 г. в журнале ZeitschriftfurPhysik, Гейзенберг высказал предположение, что атомные ядра состоят из протонов и нейтронов, которые удерживаются вместе, обмениваясь электронами. Точнее, нейтрон испускает свой электрон и превращается в протон, а электрон захватывается другим протоном, который в результате превращается в нейтрон. При этом происходит обмен энергией, импульсом и зарядом, что создает так называемую обменную силу. Но поскольку нейтрон все еще мыслился Гейзенбергом (по крайней мере в данных работах) как составная частица, состоящая из протона и электрона, по-прежнему предполагалось, что атомное ядро содержит только протоны и электроны.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.