Обнаружение нейтрона

Главная проблема заключалась в том, что эта частица была электрически нейтральной.

Атомы с выбитыми электронами становились положительно заряженными ионами. Вокруг этих ионов могли формироваться капельки влаги, образовываться пузырьки газа или наблюдались вспышки света, и путь частицы можно было проследить по следу, который оставляли ионы. Хотя гамма-лучи не несли никакого заряда, они представляли собой форму волны, способной ионизировать атомы.

Все те частицы и лучи, что могли оставлять за собой различимый след ионов, назывались ионизирующим излучением, которое было легко выявить.

Однако предполагаемое протонно-электронное сочетание не было ни волной, ни заряженной частицей, а следовательно, не могло ионизировать атомы. Нейтроны должны были проходить среди атомов, не отталкивая и не притягивая электроны и, следовательно, оставляя их невредимыми. Их путь нельзя было проследить. Короче говоря, нейтрон оставался невидимым и его поиски казались напрасной тратой времени. И пока его не нашли, протонно-электронная теория ядерной структуры, несмотря на ее очевидную несоотнесенность с ядерным спином, все же оставалась рабочей гипотезой.

Наконец, наступил 1930 год. Немецкий физик Вальтер Бете (1891 — 1957) и его помощник Генрих Беккер бомбардировали альфа-частицами легкий металл бериллий. Они ожидали, что в результате подобного столкновения должны были появиться протоны, но ничего похожего не случилось.

Для того чтобы каким-то образом определить свойства этого излучения, Бете и Беккер попытались поставить на его пути разные предметы. Они обнаружили, что это излучение отличается удивительной проницаемостью. Оно могло проходить даже через несколько сантиметров свинца. В то время единственной известной формой излучения, получаемого при бомбардировке материи, которое могло проходить через толстый слой свинца, были гамма- лучи. Поэтому Бёте и Беккер решили, что они вызвали гамма-лучи, и написали об этом в своих научных сообщениях.

В 1932 году супруги Жолио-Кюри повторили эксперименты Бёте —Беккера и получили те же самые результаты. Однако среди других объектов они поставили на пути нового излучения парафин, который состоял из легких атомов углерода и водорода. К их удивлению, из парафина были выбиты протоны.

Поскольку до них подобные эксперименты с гамма-лучами не проводились, Жолио-Кюри не задумались над тем, что данное излучение могло быть чем-то другим. Они просто сообщили, что обнаружили еще одно действие гамма-лучей на вещество.

Английский физик Джеймс Чедвик (1891 — 1974) думал иначе. В том же самом году он установил, что гамма-лучи, не имеющие массы, не обладают кинетической энергией, позволявшей сдвинуть про- том с его места в атоме. Даже электрон был слишком легким, чтобы совершать подобное действие. Он не мог сдвинуть протон с места, как шарик для настольного тенниса не может заставить двигаться бейсбольный мяч.

Следовательно, любое излучение, способное выбить протон из атома, должно состоять из достаточно массивных частиц. Нели согласиться с этим предположением, то излучение, впервые обнаруженное Ьёте— Беккером, должно было состоять из протонно-электронных комбинаций. Для их обозначения Чедвик использовал термин, данный Харкинсом, и добился его официального признания.

В результате своих экспериментов Чед- нику удалось установить массу нейтрона, и к 1934 году стало ясно, что нейтрон ока зался более тяжелым, чем протон. Новейшие исследования позволили установить массу протона в 1,007825, а масса нейтрона оказалась чуть больше и составила 1,008655. За открытие нейтрона Чедвик получил Нобелевскую премию по физике 1935 года.

Тот факт, что нейтроны были почти такими же тяжелыми, как протоны, позволил предположить, что нейтрон представлял собой сочетание протона и электрона. Логичным показался и тот факт, что отдельный нейтрон периодически разбивался, отдавая электрон и превращаясь в протон. Из большого числа нейтронов половина превращалась в протоны примерно за 12 минут.

И все же, хотя в каком-то смысле мы можем говорить о связи нейтрона с про- тонно-электронной комбинацией, на самом деле он не является таковой. Нейтрон имеет спин в '/2> в то время как протонно-электронное сочетание имеет спин или 0, или 1. Следовательно, нейтрон должен рассматриваться как отдельная незаряженная частица.