Roger Orrit - У атомов тоже есть сердце. Резерфорд. Атомное ядро. Страница 2

Нобелевская премия, которую Резерфорд получил в 1908 году, к его удивлению, была присуждена в сфере химии за «проведенные исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ». Это одна из многочисленных наград, которых он удостоился за свою работу. В результате нескольких случайностей Резерфорд также открыл альфа-, бета- и гамма-излучение. В своих исследованиях он находился на уровне выдающихся исследователей своей эпохи: семьи Кюри и Антуана Анри Беккереля.

Будучи экспериментатором, Резерфорд любил работу в лаборатории, упрямо отвергал чисто теоретические модели, не переносил математические трудности. Он был очень дисциплинированным и методичным, обладал способностью обнаруживать связь между понятиями и явлениями. Так, впервые благодаря радиоактивности он определил возраст Земли. Радиоактивность проливала свет на фундаментальную геологическую проблему, по которой ученые в ту пору еще не пришли к консенсусу.

Резерфорд относился к поколению ученых, работавших в одиночку с малочисленной командой помощников. Причем он обладал даром привлекать талантливых исследователей и вдохновлять их, и это объясняет тот факт, что 11 его сотрудников удостоились Нобелевской премии. Бесценный и объемный вклад Резерфорда в науку повлиял на последующие поколения ученых, которые осознали необходимость собираться во все более крупные коллективы, часто международные, и разделять части работы; им требовались все более значительные инвестиции, инфраструктура и оборудование. Все это ставит Эрнеста Резерфорда на ключевую позицию в истории науки: его наследие не только дало нам новые знания, но и позволило по-новому взглянуть на труд ученого.

1871 30 августа в Нельсоне, Новая Зеландия, появляется на свет Эрнест Резерфорд.

1880 Резерфорд поступает в университет Кентербери, что стало возможным благодаря получению им стипендии.

1894 Проводит эксперименты с радиоволнами, разрабатывает беспроволочный телеграф.

1895 Назначается научным ассистентом Дж. Дж. Томсона в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета. Изучает рентгеновское излучение и после — излучение, открытое Анри Беккерелем.

1898 Получает место в университете Макгилла (Монреаль, Канада). Измеряет альфа- и бета-лучи.

1900 Резерфорд заключает брак с Мэри Ньютон. Через год на свет появляется Эйлин, их единственная дочь.

1902 Вместе с Фредериком Содди публикует статью по теории радиоактивного распада, объясняющей эманацию тория и кривые распада.

1904 Публикует свой первый труд "Радиоактивность", давший начало новой ветви физики. Рассчитывает возраст Земли.

1907 Получает должность профессора в Манчестерском университете. Вместе с Хансом Гейгером разрабатывает детектор альфа-частиц. Обнаруживает альфа-частицы в потоке ядер гелия.

1908 Получает Нобелевскую премию в области химии.

1910 Предлагает модель атома, в которой ядро сосредоточивает в себе почти всю массу атома.

1913 Публикует труд "Радиоактивные вещества и их излучение".

1915 Приступает к исследованиям в области гидролокации, которые лягут в основу разработки сонара.

1917 Наблюдает первый искусственный атомный распад материи, превращая азот в кислород.

1919 Становится директором Кавендишской лаборатории и профессором Кембриджского университета.

1920 Предсказывает существование нейтрона.

1925 Становится президентом Лондонского Королевского общества.

1930 Во время родов четвертого ребенка умирает дочь Резерфорда Эйлин.

1932 В Кавендишской лаборатории Джеймс Чедвик объявляет об открытии нейтрона. Эрнест Уолтон и Джон Кокрофт сообщают, что в их ускорителе частиц удалось расщепить ядро атома.

1937 19 октября Резерфорд умирает в Кембридже в результате осложнений после частичного ущемления пупочной грыжи.

ГЛАВА 1

Открытие атомного ядра

Открытие ядра атома стало незабываемым моментом в истории физики. Резерфорду оно позволило разработать новую модель атома, структурно похожую на миниатюрную планетарную систему: с протонами в ядре и электронами, вращающимися вокруг по определенным орбитам.

Крокодил. Под этим прозвищем Эрнест Резерфорд был известен всем студентам, уже будучи почтенным и уважаемым ученым. Так назвал его Петр Капица, ученик из СССР, подразумевая отеческий образ. Но в этой характеристике присутствовал и оттенок доброжелательного ехидства: крокодил неспособен поворачивать голову и смотрит только вперед, гибкость — не его черта. Резерфорд обладал сильным характером, был одержим фактами и доказательствами. Один из его боевых кличей — "Дай мне факты, и как можно скорее!" Не только студенты становились свидетелями этой непоколебимой требовательности. Известен случай, когда рабочему, нанятому для сооружения стены в лаборатории, несколько раз приходилось прерываться, так как Резерфорд кричал ему, что хочет немедленно видеть результаты его деятельности, путая беднягу с одним из исследователей.

Несомненно, страсть к получению доказательств сделала Резерфорда лучшим экспериментатором своей эпохи и одним из выдающихся ученых всех времен. Плоды скрупулезного 30-летнего труда обеспечили его вклад в науку, причем самые значительные успехи были достигнуты им уже после получения Нобелевской премии. Кроме того, он взрастил несколько поколений физиков, засиявших на звездном небосклоне позднее, но начало их пути и стимул к развитию успешной карьеры были связаны с именем Резерфорда.

Среди множества открытий, сделанных Резерфордом, особого внимания заслуживает обнаружение им атомного ядра. В конце 1910 года Резерфорд объявил друзьям и знакомым: "Я уже знаю, как устроены атомы". Это не было неожиданным озарением. Он почти два года обдумывал любопытное явление, отмеченное в ходе эксперимента, который должен был, по его мнению, объяснить строение атомов. "Момент эврики" наступил, когда ученый понял, что внутри атома есть образование, которое он назвал ядром. Наличие ядра предположительно было общей характеристикой для всех атомов всех элементов.

Годы спустя он завершил свою работу, обнаружив протон, положительно заряженную частицу, составляющую часть ядра. В начале XX века, когда в научном мире только-только было достигнуто некоторое согласие в отношении существования атомов, для Резерфорда стало очевидным их внутреннее строение.

Перенесемся в май 1909 года. Резерфорд недавно получил Нобелевскую премию и руководит лабораториями Манчестерского университета, одними из самых престижных в мире. В этот момент Ханс Гейгер — изобретатель счетчика радиоактивных частиц, получившего его имя, и преподаватель методов измерения радиоактивности — сообщает Резерфорду, что один его студент, по всей видимости, обладает способностями к экспериментальной деятельности. Резерфорд дает ответ: "Посмотрим, получит ли он результат при прямом отклонении альфа- частиц от металлической поверхности".

Резерфорд не возлагал больших надежд на этот эксперимент, но он был необходим, чтобы действовать методом исключения (который всегда обеспечивал ему успех). Резерфорд предложил студенту провести опыт, похожий на тот, который делал сам с момента начала работы в лаборатории в 1907 году.

Незадолго до этого Резерфорд направлял альфа-лучи на минерал, называемый слюдой, и в результате узнал, что альфа-лучи несколько отклонялись от своей траектории. Он не понимал только причину, по которой это происходило.

Эрнст Марсден был тем самым студентом, о котором говорил Гейгер. Данный эксперимент оказался простым, изящным и привел к находке, которая сделала его одним из самых необыкновенных опытов в истории физики.

Выяснив, как устроено ядро атомов, мы столкнулись с величайшей тайной в мире, если не считать тайны самой жизни.

Эрнест Резерфорд

Эксперимент заключался в направлении альфа-частиц, то есть частиц, возникающих в результате радиоактивных процессов и, как выяснилось позже, представляющих собой ядра гелия, на металлическую пластину в вакуумной камере.

Резерфорд и Гейгер наблюдали, что при прохождении лучей через пластину имели место случайные отклонения. Для эксперимента они выбрали пластины из золотой фольги, чтобы альфа-частицы не полностью поглощались металлом и было возможным изучить взаимодействие при прохождении через пластину.

Резерфорд не случайно остановился на альфа-частицах. Исследование радиоактивности несколькими годами ранее обеспечило ему Нобелевскую премию. Теперь альфа-частицы были для него не основным объектом интереса, а скорее инструментом для изучения внутреннего строения атомов, своеобразным ключом к пониманию составляющих материи.