Открытие атомного ядра. Открытие субатомных частиц. Альфа-частицы, страница 3

Согласно известной формуле для площади круга, площадь каждого такого диска равна числу p, умноженному на квадрат максимального значения параметра соударения для рассеяния не менее чем на данный угол. Эта площадь и зависит от интересующего нас угла рассеяния. Разумеется, речь идет не о реальной площади конкретного диска, а о фундаментальной величине, которая определяет вероятности рассеяния на различные углы и потому называется эффективным сечением атома. Одна из важных задач современной физики как раз и состоит в измерении таких эффективных сечений.

Однако гораздо более важное значение, чем эти весьма приближенные оценки заряда ядра, имело подтверждение основного предположения Резерфорда о том, что рассеяние альфа-частиц вызвано маленьким тяжелым заряженным ядром. Резерфорд вычислил параметр соударения, определяющий рассеяние на данный угол; возведя значение этого параметра в квадрат и умножив его на p, можно получить эффективное сечение рассеяния на данный угол и более. Так, по формуле Резерфорда эффективное сечение при рассеянии на угол свыше 135° меньше, чем при рассеянии на угол свыше 90°, и составляет 0,00196 от последнего. Как мы уже видели, доля альфа-частиц, рассеянных на различные углы, в точности равна произведению соответствующих сечений на число атомов на единице площади фольги. С 1911 г. Гейгер и Марсден приступили к более точным измерениям доли альфа-частиц, рассеянных на различите углы, и в 1913 г. сообщили, что их экспериментальные данные хорошо согласуются с теоретическими расчетами по формуле Резерфорда. Так была окончательно подтверждена справедливость предположения Резерфорда о том, что атом состоит из ядра, окруженного электронами.

Открытие атомного ядра

В 1904 г. японский ученый Нагаока предложил первую модель ядерного атома, согласно которой положительный заряд, уравнове-. шивающий отрицательные заряды электронов, сосредоточен в центре; однако из-за отсутствия каких-либо экспериментальных подтверждений и вследствие ее «нестабильности» в рамках классической динамики эта модель не была принята всерьез научным миром. В 1908 г. Гейгер и Марсден, используя сцинтилляцяонный метод регистрации отдельных a-частиц, показали, что при их прохождении через тонкие металлические фольги небольшая их часть отражается обратно (в случае платины примерно одна из 8000 -частиц отклонялась больше чем на 90°). Это было важным открытием, которое дополнило первоначальное заключение Брэгга о том, что a-частицы следуют прямолинейно, проходя через атомы, оказавшиеся на их пути, как если бы атомов там почти не было. В следующем году опыты по рассеянию b-частиц веществом, систематически проводимые Кроузером, привели Томсона к выводу, что в его модели с диффузным положительным зарядом на единицу атомной массы приходится только три электрона.

В 1911 г. Резерфорд, основываясь на экспериментах по рассеянию a-частиц металлическими фольгами, проведенных Гейгером и Марсденом, выдвинул ядерную теорию атома. Он утверждал, что наблюдаемые большие отклонения a-частиц не могут получаться в результате накопления последовательных малых отклонений, а обусловливаются единичным столкновением. Для того чтобы так изогнуть траекторию массивной a-частицы, как это имело место, в атоме должен находиться гораздо более сильный заряд, чем в модели атома Томсона, и для случая атома золота Резерфорд оценил этот заряд примерно в 100 е.