<<
>>

Ядерный спин

Резерфорд не учитывал (впрочем, и не мог учесть) последствия совершенно новой бомбардировки, связанной с еще не открытой в 1920-х годах частицей (хотя и предполагал, что она существует).

Новое направление утвердилось после того, как неохотно, но все же признали, что в столь тщательно разработанной протонно-электронной теории строения атома существует пробел.

Поводом для сомнений стало явление, получившее название «ядерный спин».

В 1924 году австрийский физик Вольфганг Паули выдвинул гипотезу, что свободные протоны и электроны ведут себя так, буд то они вращаются вокруг своей оси. Это вращение (названное спином) могло происходить в любом направлении (с востока на запад или с запада на восток). Квантовая теория показывает, что каждая частица обладает угловым моментом спина. Протон и электрон имели спин '/2. Если частица вращалась в одном направлении, то ее спин составлял +'/2> если в другом, то соответственно -1/2-

Когда субатомные частицы собирались имеете, образовывая атомные ядра, каждая из них сохраняла свой природный спин, и ядерный спин оказывался тогда равным сумме моментов количества движения, которое имели отдельные частицы.

В частности, предположим, что ядра гелия состоят из 4 протонов и 2 электронов, как и считали в 20-х годах. Предположим также, что из 4 протонов 2 имеют снин +'/2 и два -1/2- Предположим и то, что существуют 2 электрона, один обладающий спином +1/2 и один -1/2- Спины уравновесят друг друга, общее угловое движение составит 0.

Конечно, возможно, что все 6 частиц нращаются в одном направлении, имея + '/2 или -1/2- В этом случае ядерный спин будет 3 в одном направлении или в другом. Если 5 частиц вращаются в одном направлении и 1 частица в другом, то общий спин будет составлять 2, в одном направлении или в другом.

Короче говоря, если в ядрах содержится четное число частиц, со спином +'/2 или ~1/2, то общий спин составляет ноль или целое число, не важно, какую комбинацию положительных или отрицательных спинов вы выбираете.

Общий спин всегда пишется как положительное число.

Однако предположим, что вы имеете дело с литием-7, который, как считали, состоит из 7 протонов и 4 электронов. Если 7

протонов все были +'/2. а 4 электрона все -1/2 в своих спинах, то ядерный спин окажется равным 7/2 ~ V2 =3/2-

Если в ядрах имеется нечетное число частиц, то оказывается, что любое сочетание положительных и отрицательных спинов никогда не даст ни нуля, ни целого числа. Сумма всегда будет выражаться дробью.

Следовательно, если измерить спин какого-либо атомного ядра, то можно установить, четное или нечетное число частиц содержится в нем.

Сделанные Паули выводы тотчас породили новую проблему. Ядерный спин изотопа азот-14 измерялся все с большей точностью и оказался равным 1. Не приходилось сомневаться в полученных результатах, и, следовательно, пришли к выводу, что в ядрах азота-14 содержится четное число частиц.

Но, согласно протонно-электронной теории, атомы азота-14 с массовым числом 14 и атомным номером 7 должны были со стоять из 14 протонов и 7 электронов общим числом 21 частица (нечетное число).

Ядерный спин азота-14 указывает на четное число, а протонно-электронная теория на нечетное число. Следовательно, одно из предположений было ошибочным, но какое именно? Ядерный спин появился в результате конкретных измерений, которые можно было повторить, и поэтому все согласились с полученными результатами. Протонно-электронная теория была лишь удобной гипотезой, поэтому ее и стали оспаривать.

Что же было сделано?

Предположим, что протоны и электроны, находящиеся внутри ядер, нельзя было рассматривать как отдельные частицы. Тогда возможно ли, чтобы электрон и протон, принужденные к тесному контакту внутри атомного ядра, могли благодаря силе взаимного притяжения так тесно сомкнуться, что их принимали за единую частицу? Одним из тех, кто в далекие 1920-е годы выдвинул подобную гипотезу, оказался Э. Резерфорд.

Такое протонно-электронное соединение должно было оставаться электрически нейтральным, ив 1921 году американский химик Уильям Харкинс (1873 — 1951) использовал для его наименования термин «нейтрон».

Если в свете этой теории посмотреть на азот-14, то окажется, что он состоит не из

4 А. Азимов

«Миры внутри миров»

14 протонов и 7 электронов, но из 7 протонов и сочетания из 7 протонов и электронов. Вместо общей суммы 21 частица должно получиться 14, вместо нечетного номера четный. Структура теперь станет соответствовать ядерному спину.

Но как же заставить проявиться уточненную теорию ядерной структуры? Похоже, что имела смысл только протонно-электрон- ная теория, поскольку было известно, что как протоны, так и электроны могли существовать отдельно и их можно было определить. Если также существовала внутренняя протонно-электронная комбинация, можно ли было заставить ее существовать за пределами ядер, определить как изолированную частицу?

<< | >>
Источник: Азимов Айзек. Миры внутри миров. История открытия и покорения атомной энергии / Пер. с англ. С. Федорова. — М.: ЗАО Центр- полиграф. — 172 с.. 2004

Еще по теме Ядерный спин:

  1. Глава 34. Преступления против мира и безопасности человечества
  2. 11.2. И. J1. Герловин. «Основы единой теории всех взаимосвязей в веществе»
  3. 11.3. Г. И. Шипов. «Теория физического вакуума. Эксперименты, технологии»
  4. 1. Закон тождества и различия материи и духа:
  5. РЫЦАРЬ ДИАЛЕКТИКИ ЭВАЛЬД ВАСИЛЬЕВИЧ ИЛЬЕНКОВ
  6. § 1. Атрибуты материального бытия
  7. Ядерный спин
  8. МОТИВАЦИОННОЕ ОПОСРЕДСТВОВДНИЕ
  9. 3.3. Зарубежное законодательство об объеме возмещения морального (неимущественного) вреда
  10. 3. «Гарнизонные» государства: промышленность вооружений и ядерные амбиции
  11. Глава 1 РЫВОК К ВЛАСТИ, ИЛИ НАЧАЛО КОНЦА
  12. Центральная регуляция кровообращения
  13. Половая мотивация человека
  14. Глава 9. Почему солдаты Колчак а прошли всю Сибирь от Омска до Читы пешком.
- Альтернативная история - Античная история - Архивоведение - Военная история - Всемирная история (учебники) - Деятели России - Деятели Украины - Древняя Русь - Историография, источниковедение и методы исторических исследований - Историческая литература - Историческое краеведение - История Австралии - История библиотечного дела - История Востока - История древнего мира - История Казахстана - История мировых цивилизаций - История наук - История науки и техники - История первобытного общества - История религии - История России (учебники) - История России в начале XX века - История советской России (1917 - 1941 гг.) - История средних веков - История стран Азии и Африки - История стран Европы и Америки - История стран СНГ - История Украины (учебники) - История Франции - Методика преподавания истории - Научно-популярная история - Новая история России (вторая половина ХVI в. - 1917 г.) - Периодика по историческим дисциплинам - Публицистика - Современная российская история - Этнография и этнология -