Эта точка зрения, однако, была уже опровергнута, причем опровержение пришло с совершенно неожиданной стороны. В 1929 г. Вальтер Гайтлер (1904—1981) и Герхард Герцберг (р. 1904) заметили, что спектры двухатомных молекул, таких, как молекула кислорода (О2) или азота (N2), сильно зависят от того, содержит атомное ядро нечетное или четное число элементарных частиц, которыми тогда считались протоны и электроны. Молекулы, как и атомы, могут находиться только в состояниях с определенной энергией, и их спектры соответствуют переходам с одного энергетического уровня на другой, при которых они излучают или поглощают свет. У молекулы, содержащей два тождественных ядра, каждое из которых состоит из четного числа элементарных частиц, отсутствует половина энергетических уровней, обычно свойственных молекулам с двумя различными ядрами. Если же ядра тождественны, но каждое из них содержит нечетное число элементарных частиц, то в молекулярном спектре отсутствует другая половина энергетических уровней. На основании этого было обнаружено, что ядро кислорода содержат четное число элементарных частиц, что, кстати, не вызвало удивления. Предполагалось, что, имея атомный вес 16 и атомный номер 8, ядро кислорода должно содержать 16 протонов и 16 — 8 = 8 электронов, что в сумме дает 16 + 8 = 24 частицы, т. е. число частиц в ядре четное. Удивительным показалось другое. Гайтлер и Герцберг (на основе результатов Ф. Розетти) установили, что ядро азота также содержит четное число частиц. Между тем атомный вес азота равен 14, а атомный номер 7, поэтому если ядро азота состоит только из протонов и электронов, в нем должно содержаться 14 протонов и 14 — 7 электронов, что в сумме дает 14 + 7 = 21 частицу, т. е. нечетное число. Но это противоречило результатам измерения молекулярного спектра N2!
Чтобы как-то разрешить это противоречие, оставалось предположить, что нейтрон — такая же элементарная частица, как протон и электрон. Если считать, что ядро состоит из протонов и нейтронов, то, поскольку нейтроны имеют примерно такую же массу, как и протоны, атомный вес элемента (округленный до ближайшего целого числа) должен быть равен полному числу протонов и нейтронов в ядре, тогда как атомный номер должен быть точно равен числу протонов, ибо они — единственные заряженные частицы в ядре. В таком случае числа протонов и нейтронов в ядре определяются следующими соотношениями:
Число протонов = Атомный номер и
Число нейтронов = Атомный вес — Атомный номер.
Следовательно, число протонов и число нейтронов в сумме дают атомный вес. Таким образом, ядро кислорода 16О должно содержать 8 протонов и 8 нейтронов, т. е. всего 16 частиц, что составляет четное число. Ядро азота 14N содержит 7 протонов и 7 нейтронов, что в сумме дает 7 + 7 = 14 — тоже четное число; это согласуется с результатами, полученными при исследовании молекулярного спектра.
Чедвик знал об этих аргументах, однако не принимал их всерьез. Где-то в конце своей статьи, опубликованной в 1932 г., он заметил: «Разумеется, можно предположить, что нейтрон — это элементарная частица. Однако в настоящее время подобную точку зрения вряд ли можно считать достаточно обоснованной — она годится разве только как возможный вариант для объяснения статистики таких ядер, как 14N». (Чедвик использовал здесь слово «статистика» на том основании, что различие между ядрами, содержащими нечетное и четное число элементарных частиц, согласно статистической механике, определяет также поведение систем, состоящих из большого числа ядер.) Мне трудно понять, почему Чедвик и некоторые другие физики того времени уделили столь мало внимания проблеме молекулярных спектров. Это можно объяснить разве лишь нежеланием вводить новую элементарную частицу — нежеланием столь сильным, что физики готовы были скорее пересмотреть надежно установленные физические принципы, нежели согласиться на признание новой частицы. Еще раньше в этом разделе мы уже приводили пример подобного рода: супруги Жолио-Кюри готовы были скорее отказаться от закона сохранения энергии, чем постулировать существование новой массивной нейтральной частицы, чтобы с ее помощью объяснить поведение излучения бериллия (они не были знакомы с высказанным Резерфордом в 1920 г. предположением о связанной паре электрон — протон). В следующей главе, когда речь пойдет о нейтрино и позитроне, мы встретимся еще с двумя примерами подобного упорного нежелания примириться с существованием новых частиц.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.