stringtranslate.com

Открытие нейтрона

Джеймс Чедвик на Сольвеевской конференции 1933 года. Чедвик открыл нейтрон годом ранее, работая в Кавендишской лаборатории .

Открытие нейтрона и его свойств было центральным для необычайных достижений в атомной физике в первой половине 20-го века. В начале века Эрнест Резерфорд разработал грубую модель атома, [1] : 188  [2] основанную на эксперименте с золотой фольгой Ганса Гейгера и Эрнеста Марсдена . В этой модели атомы имели свою массу и положительный электрический заряд, сосредоточенные в очень маленьком ядре . [3] К 1920 году были открыты изотопы химических элементов , атомные массы были определены как (приблизительно) целые кратные массы атома водорода , [4] и атомный номер был идентифицирован как заряд ядра. [5] : §1.1.2  На протяжении 1920-х годов ядро ​​рассматривалось как состоящее из комбинаций протонов и электронов , двух элементарных частиц, известных в то время, но эта модель представляла несколько экспериментальных и теоретических противоречий. [1] : 298 

Сущность атомного ядра была установлена ​​с открытием нейтрона Джеймсом Чедвиком в 1932 году [6] и определением того, что это новая элементарная частица, отличная от протона. [7] [8] : 55 

Незаряженный нейтрон был немедленно использован в качестве нового средства исследования ядерной структуры, что привело к таким открытиям, как создание новых радиоактивных элементов путем нейтронного облучения (1934) и деление атомов урана нейтронами (1938). [9] Открытие деления привело к созданию как ядерной энергетики , так и ядерного оружия к концу Второй мировой войны. И протон, и нейтрон считались элементарными частицами до 1960-х годов, когда было установлено, что они являются составными частицами, построенными из кварков . [10]

Открытие радиоактивности

В начале 20-го века яростные дебаты о существовании атомов еще не были разрешены. Философы, такие как Эрнст Мах и Вильгельм Оствальд, отрицали реальность атомов, рассматривая их как удобную математическую конструкцию, в то время как ученые, такие как Арнольд Зоммерфельд и Людвиг Больцман, считали, что физические теории требуют существования атомов. [9] : 13–14 

Радиоактивность была открыта в 1896 году французским ученым Анри Беккерелем во время работы с фосфоресцирующими материалами. В 1898 году Эрнест Резерфорд в Кавендишской лаборатории выделил два типа радиоактивности: альфа-лучи и бета-лучи , которые различались по своей способности проникать или перемещаться в обычных объектах или газах. Два года спустя Поль Виллар открыл гамма- лучи, которые обладали еще большей проникающей способностью. [1] : 8–9  Эти излучения вскоре были идентифицированы с известными частицами: Вальтер Кауфман в 1902 году показал, что бета-лучи являются электронами ; Резерфорд и Томас Ройдс в 1907 году показали, что альфа-лучи являются ионами гелия ; и гамма-лучи были показаны как электромагнитное излучение, то есть форма света , Резерфордом и Эдвардом Андраде в 1914 году. [1] : 61–62, 87  Эти излучения также были идентифицированы как исходящие от атомов, поэтому они давали ключи к процессам, происходящим внутри атомов. Наоборот, излучения также были признаны инструментами, которые можно было использовать в экспериментах по рассеянию для исследования внутренней части атомов. [11] : 112–115 

Эксперимент с золотой фольгой и открытие атомного ядра

Схема ядра атома , показывающая
β−
излучение, испускание быстрого электрона из ядра (сопутствующее антинейтрино опущено). В модели Резерфорда для ядра красная сфера была протоном с положительным зарядом, а синяя сфера была протоном, тесно связанным с электроном, без чистого заряда.
На вставке показан бета-распад свободного нейтрона, как он понимается сегодня; в этом процессе создаются электрон и антинейтрино.

В Манчестерском университете между 1908 и 1913 годами Резерфорд руководил Гансом Гейгером и Эрнестом Марсденом в серии экспериментов, чтобы определить, что происходит, когда альфа-частицы рассеиваются на металлической фольге. Теперь называемые экспериментом Резерфорда с золотой фольгой или экспериментом Гейгера-Марсдена, эти измерения сделали необычное открытие, что хотя большинство альфа-частиц, проходящих через тонкую золотую фольгу, испытывают небольшое отклонение, несколько рассеиваются под большим углом. Рассеивание показало, что некоторые из альфа-частиц рикошетят обратно от небольшого, но плотного компонента внутри атомов. Основываясь на этих измерениях, к 1911 году Резерфорду стало очевидно, что атом состоит из небольшого массивного ядра с положительным зарядом, окруженного гораздо большим облаком отрицательно заряженных электронов . Концентрированная атомная масса была необходима для обеспечения наблюдаемого отклонения альфа-частиц, и Резерфорд разработал математическую модель, которая учитывала рассеяние. [12] : 188  [2]

Хотя в то время модель Резерфорда в значительной степени игнорировалась [12] , когда Нильс Бор присоединился к группе Резерфорда в 1913 году [13], он разработал модель Бора для электронов, вращающихся вокруг ядра , и это в конечном итоге привело к созданию атомной модели, основанной на квантовой механике, к середине 1920-х годов.

Открытие изотопов

Параллельно с работой Резерфорда, Гейгера и Марсдена радиохимик Фредерик Содди в Университете Глазго изучал проблемы, связанные с химией, по радиоактивным материалам. Содди работал с Резерфордом над радиоактивностью в Университете Макгилла . [14] К 1910 году было идентифицировано около 40 различных радиоактивных элементов, называемых радиоэлементами , между ураном и свинцом, хотя периодическая таблица допускала только 11 элементов. Содди и Казимеж Фаянс независимо друг от друга обнаружили в 1913 году, что элемент, подвергающийся альфа-распаду, произведет элемент, стоящий на две позиции левее в периодической системе, а элемент, подвергающийся бета-распаду, произведет элемент, стоящий на одну позицию правее в периодической системе. Кроме того, те радиоэлементы, которые находятся в одних и тех же местах в периодической системе, химически идентичны. Содди назвал эти химически идентичные элементы изотопами . [15] : 3–5  [16] За изучение радиоактивности и открытие изотопов Содди был удостоен Нобелевской премии по химии 1921 года. [17]

Копия третьего масс-спектрометра Астона

Основываясь на работе Дж. Дж. Томсона по отклонению положительно заряженных атомов электрическими и магнитными полями, Фрэнсис Астон построил первый масс-спектрограф в Кавендишской лаборатории в 1919 году. Затем он смог разделить два изотопа неона ,20
Не
и22
Не
. Астон открыл правило целых чисел , согласно которому массы всех частиц имеют целочисленные соотношения с кислородом-16 , [18] который, по его мнению, имеет массу ровно 16. [4] (Сегодня правило целых чисел выражается в кратных единицах атомной массы (а.е.м.) относительно углерода-12 . [19] ). Примечательно, что единственным исключением из этого правила был сам водород, который имел значение массы 1,008. Избыточная масса была небольшой, но находилась далеко за пределами экспериментальной неопределенности.

Поскольку эквивалентность массы и энергии Эйнштейна была известна с 1905 года, Астон и другие быстро поняли, что расхождение масс обусловлено энергией связи атомов. Когда содержимое нескольких атомов водорода связано в один атом, энергия одного атома должна быть меньше суммы энергий отдельных атомов водорода, и, следовательно, масса одного атома меньше суммы масс атомов водорода. [4] Работа Астона по изотопам принесла ему Нобелевскую премию по химии 1922 года за открытие изотопов в большом количестве нерадиоактивных элементов и за формулировку правила целого числа. [20] Отмечая недавнее открытие Астоном ядерной энергии связи, в 1920 году Артур Эддингтон предположил, что звезды могут получать свою энергию путем синтеза водорода (протонов) в гелий и что более тяжелые элементы могут образовываться в звездах. [21]

Атомный номер и закон Мозли

Резерфорд и другие отметили несоответствие между массой атома, вычисленной в атомных единицах массы, и приблизительным зарядом, необходимым для ядра, чтобы модель Резерфорда работала. Требуемый заряд атомного ядра обычно составлял около половины его атомной массы. [22] : 82  Антониус ван ден Брук смело выдвинул гипотезу, что требуемый заряд, обозначенный как Z , не был половиной атомного веса для элементов, а вместо этого был точно равен порядковому положению элемента в периодической таблице . [1] : 228  В то время не было известно, что позиции элементов в периодической таблице имеют какое-либо физическое значение. Однако, если элементы были упорядочены на основе увеличения атомной массы, то проявлялась периодичность в химических свойствах. Однако были очевидны исключения из этой периодичности, такие как кобальт и никель. [a] [23] : 180 

В Манчестерском университете в 1913 году Генри Мозели обсуждал новую модель атома Бора с приезжим Бором. [22] Модель объясняла спектр электромагнитного излучения атома водорода, и Мозели и Бор задались вопросом, будут ли спектры электромагнитного излучения более тяжелых элементов, таких как кобальт и никель, следовать их упорядочению по весу или по их положению в периодической таблице. [24] : 346  В 1913–1914 годах Мозели экспериментально проверил этот вопрос, используя методы рентгеновской дифракции . Он обнаружил, что самая интенсивная коротковолновая линия в рентгеновском спектре определенного элемента, известная как линия K-альфа , была связана с положением элемента в периодической таблице, то есть с его атомным номером Z. Действительно, Мозели ввел эту номенклатуру. [5] : §1.1.2  Мозели обнаружил, что частоты излучения были связаны простым способом с атомным номером элементов для большого числа элементов. [25] [5] : 5  [23] : 181 

В течение года было отмечено, что уравнение для отношения, теперь называемое законом Мозли , может быть объяснено в терминах модели Бора 1913 года с разумными дополнительными предположениями об атомной структуре других элементов. [26] : 87  Результат Мозли, по более позднему отчету Бора, не только установил атомный номер как измеримую экспериментальную величину, но и дал ему физическое значение как положительному заряду атомного ядра. Элементы могли быть упорядочены в периодической системе в порядке атомного номера, а не атомного веса. [27] : 127  Результат связал воедино организацию периодической таблицы, модель Бора для атома, [28] : 56  и модель Резерфорда для альфа-рассеяния от ядер. Резерфорд, Бор и другие цитировали его как критический шаг вперед в понимании природы атомного ядра. [29]

Дальнейшие исследования в области атомной физики были прерваны началом Первой мировой войны . Мозли погиб в 1915 году в битве при Галлиполи , [30] [23] : 182  , в то время как ученик Резерфорда Джеймс Чедвик был интернирован в Германии на время войны 1914–1918 годов. [31] В Берлине исследовательская работа Лизы Мейтнер и Отто Гана по определению цепочек радиоактивного распада радия и урана путем точного химического разделения была прервана. [9] : §4  Мейтнер провела большую часть войны, работая рентгенологом и техником по рентгенографии вблизи австрийского фронта, в то время как Ган, химик , работал над исследованиями в области отравляющих газов . [9] : 61–62, 68 

ядро Резерфорда

Эрнест Резерфорд

В 1920 году Резерфорд прочитал лекцию Бейкера в Королевском обществе под названием «Ядерное строение атомов», резюме последних экспериментов с атомными ядрами и выводы относительно структуры атомных ядер. [32] [8] : 23  [5] : 5  К 1920 году существование электронов внутри атомного ядра было широко распространено. Предполагалось, что ядро ​​состоит из ядер водорода в количестве, равном атомной массе. Но поскольку каждое ядро ​​водорода имело заряд +1, ядру требовалось меньшее количество «внутренних электронов», каждый с зарядом −1, чтобы придать ядру его правильный общий заряд. Масса протонов примерно в 1800 раз больше массы электронов, поэтому масса электронов в этом вычислении несущественна. [1] : 230–231  Такая модель согласуется с рассеянием альфа-частиц тяжелыми ядрами, а также зарядом и массой многих изотопов, которые были идентифицированы. Были и другие мотивы для протонно-электронной модели. Как заметил Резерфорд в то время: «У нас есть веские основания полагать, что ядра атомов содержат электроны, а также положительно заряженные тела...», [32] : 376–377  а именно, было известно, что бета-излучение представляет собой электроны, испускаемые ядром. [8] : 21  [5] : 5–6 

В этой лекции Резерфорд предположил существование новых частиц. Было известно, что альфа-частица очень стабильна, и предполагалось, что она сохраняет свою идентичность внутри ядра. Предполагалось, что альфа-частица состоит из четырех протонов и двух тесно связанных электронов, что дает ей заряд +2 и массу 4. В статье 1919 года [33] Резерфорд сообщил о кажущемся открытии новой дважды заряженной частицы с массой 3, обозначенной как X++, интерпретируемой как состоящей из трех протонов и тесно связанного электрона. Этот результат подсказал Резерфорду вероятное существование двух новых частиц: одной из двух протонов с тесно связанным электроном, а другой из одного протона и тесно связанного электрона. Позднее было определено, что частица X++ имеет массу 4 и является просто низкоэнергетической альфа-частицей. [8] : 25  Тем не менее, Резерфорд предположил существование дейтрона, частицы с зарядом +1 и массой 2, и нейтрона, нейтральной частицы с массой 1. [32] : 396  Первый является ядром дейтерия , открытым в 1931 году Гарольдом Юри . [34] Масса гипотетической нейтральной частицы будет мало отличаться от массы протона. Резерфорд определил, что такую ​​частицу с нулевым зарядом будет трудно обнаружить имеющимися методами. [32] : 396 

Примерно в то же время, когда была прочитана лекция Резерфорда, появились и другие публикации с похожими предположениями о протонно-электронном составе ядра, а в 1921 году Уильям Харкинс , американский химик, назвал незаряженную частицу нейтроном . [ 35] [36] [37] [5] : 6  Примерно в то же время слово протон было принято для обозначения ядра водорода. [38] Нейтрон, по-видимому, был образован от латинского корня, означающего «нейтральный» , и греческого окончания -он (путем имитации слов «электрон » и «протон» ). [39] [40] Однако ссылки на слово нейтрон в связи с атомом можно найти в литературе еще в 1899 году. [1] : 398  [35]

Резерфорд и Чедвик немедленно начали экспериментальную программу в Кавендишской лаборатории в Кембридже по поиску нейтрона. [8] : 27  [1] : 398  Эксперименты продолжались в течение 1920-х годов, но безуспешно. [6]

Гипотеза Резерфорда и гипотетический «нейтрон» не получили широкого признания. В своей монографии 1931 года «Состав атомного ядра и радиоактивность » Георгий Гамов , тогда работавший в Институте теоретической физики в Копенгагене, не упомянул нейтрон. [41] Во время своих измерений в Париже в 1932 году, которые привели к открытию нейтрона, Ирен Жолио-Кюри и Фредерик Жолио не знали об этой гипотезе. [42]

Проблемы гипотезы ядерных электронов

На протяжении 1920-х годов физики предполагали, что атомное ядро ​​состоит из протонов и «ядерных электронов». [8] : 29–32  [43] Согласно этой гипотезе, ядро ​​азота-14 ( 14 N) будет состоять из 14 протонов и 7 электронов, так что оно будет иметь чистый заряд +7 элементарных единиц заряда и массу 14 атомных единиц массы. Это ядро ​​также будет вращаться вокруг еще 7 электронов, названных Резерфордом «внешними электронами», [32] : 375  , чтобы завершить атом 14 N. Однако вскоре стали очевидны проблемы с этой гипотезой.

Ральф Крониг в 1926 году указал, что наблюдаемая сверхтонкая структура атомных спектров не согласуется с протон-электронной гипотезой. Эта структура вызвана влиянием ядра на динамику орбитальных электронов. Магнитные моменты предполагаемых «ядерных электронов» должны вызывать сверхтонкие расщепления спектральных линий, подобные эффекту Зеемана , но таких эффектов не наблюдалось. [44] : 199  Казалось, что магнитный момент электрона исчезал, когда он находился внутри ядра. [1] : 299 

Во время визита в Утрехтский университет в 1928 году Крониг узнал об удивительном аспекте вращательного спектра N 2 + . Прецизионное измерение, проведенное Леонардом Орнштейном , директором Физической лаборатории Утрехта, показало, что спин ядра азота должен быть равен единице. Однако, если ядро ​​азота-14 ( 14 N) состоит из 14 протонов и 7 электронов, нечетного числа частиц со спином 1/2, то результирующий ядерный спин должен быть полуцелым. Поэтому Крониг предположил, что, возможно, «протоны и электроны не сохраняют свою идентичность в той степени, в которой они это делают вне ядра». [1] : 299–301  [45] : 117 

Наблюдения вращательных уровней энергии двухатомных молекул с использованием спектроскопии Рамана, проведенные Франко Разетти в 1929 году, не соответствовали статистике, ожидаемой из протон-электронной гипотезы. Разетти получил полосатые спектры для молекул H 2 и N 2 . В то время как линии для обеих двухатомных молекул показывали чередование интенсивности между светом и темнотой, картина чередования для H 2 противоположна таковой для N 2 . После тщательного анализа этих экспериментальных результатов немецкие физики Вальтер Гайтлер и Герхард Герцберг показали, что ядра водорода подчиняются статистике Ферми, а ядра азота подчиняются статистике Бозе. Однако тогда неопубликованный результат Юджина Вигнера показал, что составная система с нечетным числом частиц со спином 1/2 должна подчиняться статистике Ферми; система с четным числом частиц со спином 1/2 подчиняется статистике Бозе. Если бы ядро ​​азота имело 21 частицу, оно должно было бы подчиняться статистике Ферми, вопреки фактам. Таким образом, Гейтлер и Герцберг пришли к выводу: «электрон в ядре... теряет способность определять статистику ядра». [45] : 117–118 

Парадокс Клейна [46] , открытый Оскаром Клейном в 1928 году, представил дальнейшие квантово-механические возражения против понятия электрона, заключенного в ядре. Выведенный из уравнения Дирака , этот ясный и точный парадокс предполагал, что электрон, приближающийся к высокому потенциальному барьеру, имеет высокую вероятность прохождения через барьер [41] посредством процесса создания пар . По-видимому, электрон не мог быть заключен в ядре никакой потенциальной ямой. Значение этого парадокса в то время было предметом интенсивных споров. [44] : 199–200 

Примерно к 1930 году было общепризнано, что трудно согласовать протонно-электронную модель для ядер с соотношением неопределенностей Гейзенберга в квантовой механике. [44] : 199  [1] : 299  Это соотношение, Δ x ⋅Δ p ≥ 1 ⁄ 2 ħ , подразумевает, что электрон, ограниченный областью размером с атомное ядро, обычно имеет кинетическую энергию около 40 МэВ, [1] : 299  [b] что больше наблюдаемой энергии бета-частиц, испускаемых ядром. [1] Такая энергия также намного больше энергии связи нуклонов, [47] : 89  которая, как показали Астон и другие, составляет менее 9 МэВ на нуклон. [48] : 511 

В 1927 году Чарльз Эллис и В. Вустер в Кавендишской лаборатории измерили энергии электронов β-распада. Они обнаружили, что распределение энергий от любого конкретного радиоактивного ядра было широким и непрерывным, что значительно контрастировало с различными значениями энергии, наблюдаемыми при альфа- и гамма-распаде. Кроме того, непрерывное распределение энергии, казалось, указывало на то, что энергия не сохраняется этим процессом «ядерных электронов». Действительно, в 1929 году Бор предложил изменить закон сохранения энергии, чтобы учесть непрерывное распределение энергии. Предложение получило поддержку Вернера Гейзенберга. Такие соображения были, по-видимому, разумными, поскольку законы квантовой механики совсем недавно опровергли законы классической механики.

Хотя все эти соображения не «доказывали», что электрон не может существовать в ядре, они были запутанными и сложными для интерпретации физиками . Было придумано много теорий, чтобы объяснить, как вышеприведенные аргументы могут быть неверными. [49] : 4–5  В своей монографии 1931 года Гамов суммировал все эти противоречия, пометив утверждения относительно электронов в ядре предупреждающими символами. [43] : 23 

Открытие нейтрона

В 1930 году Вальтер Боте и его коллега Герберт Беккер в Гиссене , Германия, обнаружили, что если энергичные альфа-частицы, испускаемые полонием, попадают на некоторые легкие элементы, в частности, на бериллий (9
4Быть
), бор (11
5Б
), или литий (7
3Ли
), было получено необычайно проникающее излучение. [50] Бериллий произвел самое интенсивное излучение. Полоний очень радиоактивен, производит энергичное альфа-излучение, и в то время его обычно использовали для экспериментов по рассеянию. [41] : 99–110  Альфа-излучение может находиться под влиянием электрического поля, поскольку оно состоит из заряженных частиц. Однако наблюдаемое проникающее излучение не было подвержено влиянию электрического поля, поэтому его считали гамма-излучением . Излучение было более проникающим, чем любые известные гамма-лучи, и детали экспериментальных результатов было трудно интерпретировать. [51] [52] [41]

Схема эксперимента, использованного для открытия нейтрона в 1932 году. Слева источник полония использовался для облучения бериллия альфа-частицами, что вызывало незаряженное излучение. Когда это излучение попадало на парафин, выбрасывались протоны. Протоны наблюдались с помощью небольшой ионизационной камеры. Адаптировано из Chadwick (1932). [6]

Два года спустя Ирен Жолио-Кюри и Фредерик Жолио в Париже показали, что если это неизвестное излучение падает на парафин или любое другое водородсодержащее соединение, оно выбрасывает протоны очень высокой энергии (5 МэВ). [53] Это наблюдение само по себе не было несовместимо с предполагаемой природой гамма-излучения нового излучения, но эта интерпретация ( рассеяние Комптона ) имела логическую проблему. Из соображений энергии и импульса гамма-луч должен был бы иметь невозможно высокую энергию (50 МэВ), чтобы рассеять массивный протон. [5] : §1.3.1  В Риме молодой физик Этторе Майорана заявил, что способ, которым новое излучение взаимодействует с протонами, требует нейтральной частицы такой же тяжелой, как протон, но отказался публиковать свой результат, несмотря на поддержку Энрико Ферми . [54]

Услышав о результатах Парижской конференции, Резерфорд и Джеймс Чедвик из Кавендишской лаборатории также не поверили в гипотезу гамма-излучения, поскольку она не сохраняла энергию . [55] С помощью Нормана Фезера [56] Чедвик быстро провел серию экспериментов, показывающих, что гипотеза гамма-излучения несостоятельна. В предыдущем году Чедвик, Дж. Э. Р. Констебль и Э. К. Поллард уже проводили эксперименты по расщеплению легких элементов с использованием альфа-излучения полония. [57] Они также разработали более точные и эффективные методы обнаружения, подсчета и регистрации выброшенных протонов. Чедвик повторил создание излучения, используя бериллий для поглощения альфа-частиц: 9 Be + 4 He (α) → 12 C + 1 n. После Парижского эксперимента он направил излучение на парафиновый воск, углеводород с высоким содержанием водорода, тем самым предлагая цель, насыщенную протонами. Как и в парижском эксперименте, излучение энергетически рассеяло некоторые из протонов. Чедвик измерил пробег этих протонов, а также измерил, как новое излучение воздействовало на атомы различных газов. [58] Измерения энергии отдачи показали, что масса частиц излучения должна быть близка к массе протона: новое излучение не могло состоять из гамма-лучей. Незаряженные частицы с примерно такой же массой, как у протона, соответствовали свойствам, описанным Резерфордом в 1920 году и позже названным нейтронами. [59] [6] [60] [61] За это открытие Чедвик получил Нобелевскую премию по физике в 1935 году. [62]

1932 год позже был назван « годом чудес » для ядерной физики в Кавендишской лаборатории [58] , в связи с открытиями нейтрона, искусственного ядерного распада с помощью ускорителя частиц Кокрофта-Уолтона и позитрона .

Протон-нейтронная модель ядра

Модели, описывающие уровни энергии ядра и электрона в атомах водорода, гелия, лития и неона. В действительности диаметр ядра примерно в 100 000 раз меньше диаметра атома.

Учитывая проблемы модели протон-электрон , [43] [63] было быстро принято, что атомное ядро ​​состоит из протонов и нейтронов, хотя точная природа нейтрона изначально была неясна. В течение нескольких месяцев после открытия нейтрона Вернер Гейзенберг [64] [65] [66] [61] и Дмитрий Иваненко [67] предложили протон-нейтронные модели для ядра. [68] В знаковых работах Гейзенберга рассматривалось описание протонов и нейтронов в ядре с помощью квантовой механики. Хотя теория Гейзенберга для протонов и нейтронов в ядре была «важным шагом к пониманию ядра как квантово-механической системы», [69] он все еще предполагал наличие ядерных электронов. В частности, Гейзенберг предполагал, что нейтрон представляет собой композит протон-электрон, для которого нет квантово-механического объяснения. У Гейзенберга не было объяснения того, как легкие электроны могут быть связаны внутри ядра. Гейзенберг ввел первую теорию ядерных обменных сил, связывающих нуклоны. Он считал протоны и нейтроны различными квантовыми состояниями одной и той же частицы, т. е. нуклонами, отличающимися значением их ядерного изоспинового квантового числа.

Протонно-нейтронная модель объяснила загадку диазота. Когда было предложено, что 14N состоит из 3 пар протонов и нейтронов, с дополнительным неспаренным нейтроном и протоном, каждый из которых вносит спин 1 ⁄ 2  ħ в том же направлении для общего спина 1 ħ, модель стала жизнеспособной. [70] [71] [72] Вскоре нейтроны стали использоваться для естественного объяснения различий спинов во многих различных нуклидах таким же образом.

Если протон-нейтронная модель ядра решила многие вопросы, она выдвинула на первый план проблему объяснения происхождения бета-излучения. Ни одна существующая теория не могла объяснить, как электроны или позитроны [73] могли исходить из ядра. [74] В 1934 году Энрико Ферми опубликовал свою классическую статью, описывающую процесс бета-распада , в котором нейтрон распадается на протон, создавая электрон и (еще не открытое) нейтрино . [75] В статье использовалась аналогия, что фотоны или электромагнитное излучение аналогичным образом создаются и уничтожаются в атомных процессах. Иваненко предложил похожую аналогию в 1932 году. [70] [76] Теория Ферми требует, чтобы нейтрон был частицей со спином 1 ⁄ 2. Теория сохранила принцип сохранения энергии, который был поставлен под сомнение непрерывным распределением энергии бета-частиц. Основная теория бета-распада, предложенная Ферми, была первой, которая показала, как частицы могут создаваться и уничтожаться. Она установила общую, базовую теорию взаимодействия частиц посредством слабых или сильных сил. [75] Хотя эта влиятельная работа выдержала испытание временем, идеи в ней были настолько новыми, что когда она была впервые представлена ​​в журнале Nature в 1933 году, она была отклонена как слишком спекулятивная. [69]

Природа нейтрона

Седьмая Сольвеевская конференция, 1933 год.

Вопрос о том, является ли нейтрон составной частицей протона и электрона, сохранялся в течение нескольких лет после его открытия. [77] [78] В 1932 году Гарри Мэсси исследовал модель составного нейтрона, чтобы объяснить его большую проникающую способность через вещество и его электрическую нейтральность, [79] например. Проблема была наследием преобладающего взгляда 1920-х годов, что единственными элементарными частицами были протон и электрон.

Природа нейтрона была основной темой обсуждения на 7-й Сольвеевской конференции , состоявшейся в октябре 1933 года, в которой приняли участие Гейзенберг, Нильс Бор , Лиза Мейтнер , Эрнест Лоуренс , Ферми, Чедвик и другие. [69] [80] Как было поставлено Чедвиком в его Бейкерианской лекции в 1933 году, основным вопросом была масса нейтрона относительно протона. Если масса нейтрона была меньше, чем объединенные массы протона и электрона (1,0078  Да ), то нейтрон мог бы быть протонно-электронным композитом из-за дефекта массы от ядерной энергии связи . Если больше, чем объединенные массы, то нейтрон был бы элементарным, как и протон. [60] На этот вопрос было сложно ответить, поскольку масса электрона составляет всего 0,05% от массы протона, поэтому требовались исключительно точные измерения.

Сложность проведения измерений иллюстрируется широким диапазоном значений массы нейтрона, полученных с 1932 по 1934 год. Принятое сегодня значение составляет1,008 66  Да . В статье Чедвика 1932 года, посвященной открытию, он оценил массу нейтрона как равную1,005  Да и1,008  Да . [55] Бомбардируя бор альфа-частицами, Фредерик и Ирен Жолио-Кюри получили высокое значение1,012  Да , в то время как команда Эрнеста Лоуренса в Калифорнийском университете измерила небольшое значение1,0006  Да с использованием их нового циклотрона . [81]

В 1935 году Чедвик и его аспирант Морис Гольдхабер решили эту проблему, сообщив о первом точном измерении массы нейтрона. Они использовали гамма-лучи 2,6 МэВ таллия -208 ( 208 Tl) (тогда известного как торий C" ) для фоторасщепления дейтрона. [82]

В этой реакции получающиеся протон и нейтрон имеют примерно одинаковую кинетическую энергию, поскольку их массы примерно равны. Кинетическая энергия получающегося протона может быть измерена (0,24 МэВ), и, следовательно, может быть определена энергия связи дейтрона (2,6 МэВ − 2(0,24 МэВ) = 2,1 МэВ, или0,0023  Да ). Массу нейтрона можно было бы тогда определить с помощью простого баланса масс.

где m d,p,n относится к массе дейтрона, протона или нейтрона, а "be" - энергия связи. Массы дейтрона и протона были известны; Чедвик и Голдхабер использовали значения 2,0142 Да и 1,0081 Да соответственно. Они обнаружили, что масса нейтрона была немного больше массы протона1,0084  Да или1,0090  Да , в зависимости от точного значения, используемого для массы дейтрона. [7] Масса нейтрона была слишком большой, чтобы быть составной частью протона и электрона, и поэтому нейтрон был идентифицирован как элементарная частица. [55] Чедвик и Голдхабер предсказали, что свободный нейтрон сможет распадаться на протон, электрон и нейтрино ( бета-распад ).

Нейтронная физика в 1930-х годах

Вскоре после открытия нейтрона косвенные доказательства предполагали, что нейтрон имеет неожиданное ненулевое значение для своего магнитного момента. Попытки измерить магнитный момент нейтрона начались с открытия Отто Штерном в 1933 году в Гамбурге того, что протон имеет аномально большой магнитный момент. [83] [84] К 1934 году группы под руководством Штерна, теперь в Питтсбурге , и II Раби в Нью-Йорке независимо друг от друга пришли к выводу, что магнитный момент нейтрона был отрицательным и неожиданно большим, измерив магнитные моменты протона и дейтрона . [78] [85] [86] [87] [88] Значения магнитного момента нейтрона были также определены Робертом Бахером [89] (1933) в Энн-Арборе и И. Я. Таммом и С. А. Альтшулером [78] [90] (1934) в Советском Союзе из исследований сверхтонкой структуры атомных спектров. К концу 1930-х годов точные значения магнитного момента нейтрона были выведены группой Раби с использованием измерений, применяющих недавно разработанные методы ядерного магнитного резонанса . [88] Большое значение магнитного момента протона и выведенное отрицательное значение магнитного момента нейтрона были неожиданными и вызвали много вопросов. [78]

Ферми и его студенты ( мальчики с Виа Панисперна ) во дворе Института физики Римского университета на Виа Панисперна, около 1934 года. Слева направо: Оскар Д'Агостино , Эмилио Сегре , Эдоардо Амальди , Франко Разетти и Ферми

Открытие нейтрона немедленно дало ученым новый инструмент для исследования свойств атомных ядер. Альфа-частицы использовались в течение предыдущих десятилетий в экспериментах по рассеянию, но такие частицы, которые являются ядрами гелия, имеют заряд +2. Этот заряд затрудняет для альфа-частиц преодоление силы отталкивания Кулона и прямое взаимодействие с ядрами атомов. Поскольку нейтроны не имеют электрического заряда, им не нужно преодолевать эту силу для взаимодействия с ядрами. Почти одновременно с их открытием нейтроны были использованы Норманом Фезером , коллегой и учеником Чедвика, в экспериментах по рассеянию с азотом. [91] Фезер смог показать, что нейтроны, взаимодействующие с ядрами азота, рассеиваются на протоны или заставляют азот распадаться с образованием бора с испусканием альфа-частицы. Таким образом, Фезер был первым, кто показал, что нейтроны вызывают ядерные распады.

В Риме Энрико Ферми и его команда бомбардировали более тяжелые элементы нейтронами и обнаружили, что продукты являются радиоактивными. К 1934 году они использовали нейтроны для индуцирования радиоактивности в 22 различных элементах, многие из которых имели высокий атомный номер. Заметив, что другие эксперименты с нейтронами в его лаборатории, казалось, лучше проходили на деревянном столе, чем на мраморном, Ферми заподозрил, что протоны дерева замедляют нейтроны и, таким образом, увеличивают вероятность взаимодействия нейтрона с ядрами. Поэтому Ферми пропускал нейтроны через парафиновый воск, чтобы замедлить их, и обнаружил, что радиоактивность некоторых бомбардируемых элементов увеличивалась в десятки и сотни раз. [92] Поперечное сечение взаимодействия с ядрами намного больше для медленных нейтронов, чем для быстрых нейтронов. В 1938 году Ферми получил Нобелевскую премию по физике «за его демонстрацию существования новых радиоактивных элементов, полученных при облучении нейтронами, и за его связанное с этим открытие ядерных реакций, вызванных медленными нейтронами» . [93] [94] Позже Ферми рассказал Чандрасекару , что изначально он планировал положить туда кусок свинца, но необъяснимое интуитивное чувство заставило его вместо этого положить на это место парафин. [95] [96]

Лиза Мейтнер и Отто Ган в своей лаборатории в 1913 году. [9]
Деление ядра происходит в результате поглощения нейтрона ураном-235 . Тяжелый нуклид распадается на более легкие компоненты и дополнительные нейтроны.

В Берлине сотрудничество Лизы Мейтнер и Отто Гана , вместе с их помощником Фрицем Штрассманом , продвинуло исследования, начатые Ферми и его командой, когда они бомбардировали уран нейтронами. Между 1934 и 1938 годами Ган, Мейтнер и Штрассман обнаружили большое количество радиоактивных продуктов трансмутации в этих экспериментах, все из которых они считали трансурановыми . [97] Трансурановые нуклиды - это те, которые имеют атомный номер больше, чем у урана (92), образованные путем поглощения нейтронов; такие нуклиды не встречаются в природе. В июле 1938 года Мейтнер была вынуждена бежать от антисемитских преследований в нацистской Германии после аншлюса , и ей удалось получить новую должность в Швеции. Решающий эксперимент 16–17 декабря 1938 года (с использованием химического процесса, называемого « фракционированием радия–бария–мезотория ») дал озадачивающие результаты: то, что они считали тремя изотопами радия, вместо этого последовательно вело себя как барий . [9] Радий (атомный номер 88) и барий (атомный номер 56) находятся в одной химической группе . К январю 1939 года Хан пришел к выводу, что то, что они считали трансурановыми нуклидами, на самом деле было гораздо более легкими нуклидами, такими как барий, лантан , церий и легкие платиноиды . Мейтнер и ее племянник Отто Фриш немедленно и правильно интерпретировали эти наблюдения как результат ядерного деления , термина, введенного Фришем. [98]

Ган и его коллеги обнаружили расщепление ядер урана, ставших нестабильными из-за поглощения нейтронов, на более легкие элементы. Мейтнер и Фриш также показали, что деление каждого атома урана высвобождает около 200 МэВ энергии. Открытие деления электризовало мировое сообщество физиков-атомщиков и общественность. [9] В своей второй публикации о ядерном делении Ган и Штрассман предсказали существование и высвобождение дополнительных нейтронов в процессе деления. [99] Фредерик Жолио и его команда доказали, что это явление является цепной реакцией в марте 1939 года. В 1945 году Ган получил Нобелевскую премию по химии 1944 года «за открытие деления тяжелых атомных ядер». [100] [101]

После 1939 г.

Первая атомная бомба была взорвана в ходе испытания «Тринити» в рамках Манхэттенского проекта в 1945 году.

Открытие ядерного деления в конце 1938 года ознаменовало собой смещение центров ядерных исследований из Европы в Соединенные Штаты. Большое количество ученых мигрировало в Соединенные Штаты, чтобы избежать проблем и антисемитизма в Европе и надвигающейся войны [102] : 407–410  (См. Еврейские ученые и Манхэттенский проект ). Новыми центрами ядерных исследований стали университеты в Соединенных Штатах, в частности Колумбийский университет в Нью-Йорке и Чикагский университет , куда переехал Энрико Ферми, [103] [104] и секретный исследовательский центр в Лос-Аламосе , штат Нью-Мексико , созданный в 1942 году, новый дом Манхэттенского проекта . [105] Этот военный проект был сосредоточен на создании ядерного оружия , используя огромную энергию, выделяемую при делении урана или плутония посредством цепных реакций на основе нейтронов.

Открытия нейтрона и позитрона в 1932 году стали началом открытий многих новых частиц. Мюоны были открыты в 1936 году. Пионы и каоны были открыты в 1947 году, а лямбда-частицы были открыты в 1950 году. На протяжении 1950-х и 1960-х годов было открыто большое количество частиц, называемых адронами . Схема классификации для организации всех этих частиц, предложенная независимо Мюрреем Гелл-Манном [106] и Джорджем Цвейгом [107] [108] в 1964 году, стала известна как модель кварков . Согласно этой модели, такие частицы, как протон и нейтрон, не были элементарными, а состояли из различных конфигураций небольшого числа других действительно элементарных частиц, называемых партонами или кварками . Модель кварков получила экспериментальное подтверждение, начиная с конца 1960-х годов, и, наконец, дала объяснение аномальному магнитному моменту нейтрона. [109] [10]

Видео

Пояснительные записки

  1. ^ Атомный номер и атомная масса кобальта составляют соответственно 27 и 58,97, никеля — соответственно 28 и 58,68.
  2. ^ В ядре с радиусом r порядка 5×10−13 см принцип неопределенности потребовал бы, чтобы электрон имел импульс p порядка h / r . Такой импульс подразумевает, что электрон имеет (релятивистскую) кинетическую энергию около 40 МэВ. [47] : 89 

Ссылки

  1. ^ abcdefghijklm Pais, Abraham (1986). Inward Bound . Оксфорд: Oxford University Press. ISBN 978-0198519973.
  2. ^ ab Резерфорд, Э. (1911). «Рассеяние α- и β-частиц материей и структура атома». Philosophical Magazine . Серия 6 (21): 669–688. doi :10.1080/14786440508637080 . Получено 15 ноября 2017 г.
  3. ^ Лонгэр, М.С. (2003). Теоретические концепции в физике: альтернативный взгляд на теоретические рассуждения в физике. Cambridge University Press. С. 377–378. ISBN 978-0-521-52878-8.
  4. ^ abc Squires, Gordon (1998). «Фрэнсис Астон и масс-спектрограф». Dalton Transactions (23): 3893–3900. doi :10.1039/a804629h.
  5. ^ abcdefg Бирн, Дж. Нейтроны, ядра и материя , Dover Publications, Минеола, Нью-Йорк, 2011, ISBN 0486482383 
  6. ^ abcd Чедвик, Джеймс (1932). «Существование нейтрона». Труды Королевского общества A. 136 ( 830): 692–708. Bibcode :1932RSPSA.136..692C. doi : 10.1098/rspa.1932.0112 .
  7. ^ ab Chadwick, J.; Goldhaber, M. (1935). «Ядерный фотоэлектрический эффект». Труды Королевского общества A. 151 ( 873): 479–493. Bibcode :1935RSPSA.151..479C. doi : 10.1098/rspa.1935.0162 .
  8. ^ abcdef Stuewer, Roger H. (1983). «Гипотеза ядерного электрона». В Shea, William R. (ред.). Otto Hahn и подъем ядерной физики . Дордрехт, Голландия: D. Riedel Publishing Company. стр. 19–67. ISBN 978-90-277-1584-5.
  9. ^ abcdefg Райф, Патрисия (1999). Лиза Мейтнер и рассвет ядерного века . Базель, Швейцария: Birkhäuser. ISBN 978-0-8176-3732-3.
  10. ^ ab Perkins, Donald H. (1982), Введение в физику высоких энергий, Addison Wesley, Reading, Massachusetts, стр. 201–202, ISBN 978-0-201-05757-7
  11. ^ Малли, Марджори (2011), Радиоактивность: История таинственной науки (иллюстрированное издание), Oxford University Press, ISBN 9780199766413
  12. ^ ab Pais, Abraham (2002). Внутреннее ограничение: материи и сил в физическом мире (Переиздание). Oxford: Clarendon Press [ua] ISBN 978-0-19-851997-3.
  13. ^ Бор, Н. (1913). «О строении атомов и молекул, часть I» (PDF) . Philosophical Magazine . 26 (151): 1–24. Bibcode : 1913PMag...26....1B. doi : 10.1080/14786441308634955.
  14. ^ "Нобелевская премия по химии 1921 года – Фредерик Содди Биографический". Nobelprize.org . Получено 5 сентября 2019 г. .
  15. ^ Чоппин, Грегори; Лильензин, Ян-Олов; Ридберг, Ян (2013), Радиохимия и ядерная химия (4-е изд.), Academic Press, ISBN 978-0124058972
  16. ^ Другие также предполагали возможность существования изотопов; например:
    • Стрёмхольм Д. и Сведберг Т. (1909) «Untersuchungen über die Chemie der Radioactiven Grundstoffe II». (Исследования по химии радиоактивных элементов, часть 2), Zeitschrift für anorganischen Chemie , 63 : 197–206; особенно см. стр. 206.
    • Кэмерон, Александр Томас (1910). Радиохимия . Лондон, Англия: JM Dent & Sons, стр. 141. (Кэмерон также предвидел закон смещения.)
  17. ^ "Нобелевская премия по химии 1921 года: Фредерик Содди – Биографическая". Nobelprize.org . Получено 16 марта 2014 г. .
  18. ^ Астон, Фрэнсис Уильям. Масс-спектры и изотопы. Лондон: Эдвард Арнольд, 1942.
  19. ^ «Атомные веса и Международный комитет — исторический обзор». 26 января 2004 г.
  20. ^ "Нобелевская премия по химии 1922 года: Фрэнсис У. Астон – Биографическая". Nobelprize.org . Получено 18 ноября 2017 г. .
  21. ^ Эддингтон, А.С. (1920). «Внутреннее строение звезд» (PDF) . Nature . 106 (2653): 233–40. Bibcode : 1920Natur.106...14E. doi : 10.1038/106014a0 . PMID  17747682. S2CID  36422819.
  22. ^ ab Heilbron, JL (1974). HGJ Moseley: Жизнь и письма английского физика, 1887–1915 . Издательство Калифорнийского университета. ISBN 0520023757.
  23. ^ abc Авраам Пайс (1991). Времена Нильса Бора: в физике, философии и политике . Oxford University Press. ISBN 0-19-852049-2.
  24. ^ Хейлброн, Джон (1966), «Работа Х. Г. Дж. Мосли», Isis , 57 (3): 336–364, doi : 10.1086/350143, JSTOR  228365, S2CID  144765815
  25. ^ Мосли, Генри Дж. Дж. (1913). «Высокочастотные спектры элементов». Philosophical Magazine . 26 (156): 1024–1034. doi :10.1080/14786441308635052.
  26. ^ Бернард, Джаффе (1971), Мозли и нумерация элементов, Doubleday, ASIN  B009I5KZGM
  27. ^ Борн, Макс (2013), Атомная физика (8-е изд.), Courier Corporation, ISBN 9780486318585
  28. ^ Краг, Хельге (2002). Квантовые поколения: история физики в двадцатом веке (переиздание). Princeton University Press. ISBN 978-0691095523.
  29. ^ «Устное историческое интервью: Нильс Бор, сессия I». Американский институт физики , Библиотека и архив Нильса Бора. 31 октября 1962 г. Получено 25 октября 2017 г.
  30. ^ Рейноса, Питер (7 января 2016 г.). «Ода Генри Мосли». Huffington Post . Получено 16 ноября 2017 г.
  31. ^ «Этот месяц в истории физики: май 1932 г.: Чедвик сообщает об открытии нейтрона». APS News . 16 (5). 2007 . Получено 16 ноября 2017 г. .
  32. ^ abcde Резерфорд, Э. (1920). «Бейкерианская лекция: ядерное строение атомов». Труды Королевского общества A. 97 ( 686): 374–400. Bibcode :1920RSPSA..97..374R. doi : 10.1098/rspa.1920.0040 .
  33. ^ Резерфорд, Э. (1919). «Столкновение α-частиц с легкими атомами». Philosophical Magazine . 37 : 571.
  34. ^ Юри, Х.; Брикведде, Ф.; Мерфи, Г. (1932). «Изотоп водорода с массой 2». Physical Review . 39 (1): 164–165. Bibcode :1932PhRv...39..164U. doi : 10.1103/PhysRev.39.164 .
  35. ^ ab Feather, N. (1960). "История нейтронов и ядер. Часть 1". Contemporary Physics . 1 (3): 191–203. Bibcode : 1960ConPh...1..191F. doi : 10.1080/00107516008202611.
  36. ^ Харкинс, Уильям (1921). «Строение и устойчивость атомных ядер. (Вклад в тему неорганической эволюции.)». Philosophical Magazine . 42 (249): 305. doi :10.1080/14786442108633770.
  37. ^ Glasson, JL (1921). «Попытки обнаружить присутствие нейтронов в разрядной трубке». Philosophical Magazine . 42 (250): 596. doi :10.1080/14786442108633801.
  38. ↑ Резерфорд сообщил о принятии Британской ассоциацией слова «протон» для ядра водорода в сноске к Masson, O. (1921). «XXIV. Строение атомов». Philosophical Magazine . Серия 6. 41 (242): 281–285. doi :10.1080/14786442108636219.
  39. ^ Паули, В. (1985). «Das Jahr 1932 die Entdeckung des Neutrons». Вольфганг Паули Wissenschaftlicher Briefwechsel mit Bohr, Einstein, Heisenberg ua . Источники по истории математики и физических наук. Том. 6. с. 105. дои : 10.1007/978-3-540-78801-0_3. ISBN 978-3-540-13609-5.
  40. ↑ Хендри, Джон, ред. (1 января 1984 г.), Cambridge Physics in the Thirties , Бристоль: Adam Hilger Ltd (опубликовано в 1984 г.), ISBN 978-0852747612
  41. ^ abcd Джордж Гамов "Состав атомного ядра и радиоактивность". (Международная серия монографий по физике.) С.viii + 114. (Оксфорд: Clarendon Press; Лондон: Oxford University Press, 1931.)
  42. ^ Crowther, JG (1971). «Резерфорд Великий». New Scientist and Science Journal . 51 (3): 464–466 . Получено 27 сентября 2017 г.[ постоянная мертвая ссылка ]
  43. ^ abc Brown, Laurie M. (1978). «Идея нейтрино». Physics Today . 31 (9): 23. Bibcode : 1978PhT....31i..23B. doi : 10.1063/1.2995181. S2CID  121080564. В 1920-х годах физики пришли к выводу, что материя состоит только из двух видов элементарных частиц: электронов и протонов.
  44. ^ abc Stuewer, Roger H. (1985). "Нильс Бор и ядерная физика". На французском языке, AP; Kennedy, PJ (ред.). Niels Bohr: A Centenary Volume . Harvard University Press. стр. 197–220. ISBN 978-0674624160.
  45. ^ ab Stuewer, Roger (2018), Эпоха невинности: ядерная физика между Первой и Второй мировыми войнами , Oxford University Press, ISBN 9780192562906
  46. ^ Кляйн, О. (1929). «Отражение электрона и его потенциал, возникший на релятивистской динамике Дирака». Zeitschrift für Physik . 53 (3–4): 157. Бибкод : 1929ZPhy...53..157K. дои : 10.1007/BF01339716. S2CID  121771000.
  47. ^ ab Бете, Х.; Бахер, Р. (1936), "Ядерная физика А. Стационарные состояния ядер" (PDF) , Обзоры современной физики , 8 (82): 82–229, Bibcode :1936RvMP....8...82B, doi :10.1103/RevModPhys.8.82
  48. ^ Aston, FW (1927). «Бейкерианская лекция – новый масс-спектрограф и правило целых чисел». Труды Королевского общества A. 115 ( 772): 487–514. Bibcode :1927RSPSA.115..487A. doi : 10.1098/rspa.1927.0106 .
  49. ↑ Кеннет С. Крейн (5 ноября 1987 г.). Введение в ядерную физику . Wiley. ISBN 978-0-471-80553-3.
  50. ^ "Нобелевская премия по физике 1954 года". nobelprize.org . Получено 23 марта 2023 г. В 1930 г. Боте в сотрудничестве с Х. Беккером бомбардировал бериллий с массой 9 (а также бор и литий) альфа-лучами, полученными из полония, и получил новую форму излучения ...
  51. ^ Боте, В.; Беккер, Х. (1930). «Künstliche Erregung von Kern-γ-Strahlen» [Искусственное возбуждение ядерного γ-излучения]. Zeitschrift für Physik (на немецком языке). 66 (5–6): 289. Бибкод : 1930ZPhy...66..289B. дои : 10.1007/BF01390908. S2CID  122888356.
  52. ^ Беккер, Х.; Боте, В. (1932). «Die in Bor und Beryllium erregten γ-Strahlen» [Г-лучи возбуждаются в боре и бериллии]. Zeitschrift für Physik (на немецком языке). 76 (7–8): 421. Бибкод : 1932ZPhy...76..421B. дои : 10.1007/BF01336726. S2CID  121188471.
  53. ^ Жолио-Кюри, Ирен; Жолио, Фредерик (1932). «Испускание высокоскоростных протонов гидрогенизированными веществами под воздействием очень проникающих γ-лучей». Comptes Rendus des Séances de l'Académie des Sciences (на французском языке). 194 : 273.
  54. ^ Дзикичи, А., Этторе Майорана: гений и тайна, CERN Courier , 25 июля 2006 г., Дата доступа: 16 ноября 2017 г.
  55. ^ abc Браун, А. (1997). Нейтрон и бомба: Биография сэра Джеймса Чедвика . Oxford University Press. ISBN 9780198539926.
  56. ^ «Устное историческое интервью: Норман Фезер, сессия I». Американский институт физики, Библиотека и архив Нильса Бора. 25 февраля 1971 г. Получено 16 ноября 2017 г.
  57. ^ Чедвик, Дж.; Констебль, Дж. Э. Р.; Поллард, Э. К. (1931). «Искусственная дезинтеграция α-частицами». Труды Королевского общества A. 130 ( 814): 463–489. Bibcode : 1931RSPSA.130..463C. doi : 10.1098/rspa.1931.0017 .
  58. ^ ab "Atop the Physics Wave: Rutherford Back in Cambridge, 1919–1937". Ядерный мир Резерфорда . Американский институт физики. 2011–2014. Архивировано из оригинала 21 октября 2014 года . Получено 19 августа 2014 года .
  59. ^ Чедвик, Джеймс (1932). «Возможное существование нейтрона». Nature . 129 (3252): 312. Bibcode :1932Natur.129Q.312C. doi : 10.1038/129312a0 . S2CID  4076465.
  60. ^ ab Chadwick, J. (1933). "Bakerian Lecture.–The Neutron". Труды Королевского общества A. 142 ( 846): 1–25. Bibcode :1933RSPSA.142....1C. doi : 10.1098/rspa.1933.0152 .
  61. ^ ab Ley, Willy (октябрь 1966). «Запоздалое открытие». Для вашего сведения. Galaxy Science Fiction . стр. 116–127.
  62. ^ "Нобелевская премия по физике 1935 года: Джеймс Чедвик – Биографическая". Nobel Foundation . Получено 18 ноября 2017 г. .
  63. ^ Фридлендер, Г.; Кеннеди, Дж. В.; Миллер, Дж. М. (1964) Ядерная и радиохимия (2-е издание), Wiley, стр. 22–23 и 38–39
  64. ^ Гейзенберг, В. (1932). «Über den Bau der Atomkerne. I». Zeitschrift für Physik . 77 (1–2): 1–11. Бибкод : 1932ZPhy...77....1H. дои : 10.1007/BF01342433. S2CID  186218053.
  65. ^ Гейзенберг, В. (1932). «Über den Bau der Atomkerne. II». Zeitschrift für Physik . 78 (3–4): 156–164. Бибкод : 1932ZPhy...78..156H. дои : 10.1007/BF01337585. S2CID  186221789.
  66. ^ Гейзенберг, В. (1933). «Über den Bau der Atomkerne. III». Zeitschrift für Physik . 80 (9–10): 587–596. Бибкод : 1933ZPhy...80..587H. дои : 10.1007/BF01335696. S2CID  126422047.
  67. ^ Иваненко, Д.Д., Нейтронная гипотеза, Nature . 129 (1932) 798.
  68. ^ Миллер AI Early Quantum Electrodynamics: A Sourcebook , Cambridge University Press, Кембридж, 1995, ISBN 0521568919 , стр. 84–88. ISBN 0521568919  
  69. ^ abc Браун, Л. М.; Рехенберг, Х. (1996). Происхождение концепции ядерных сил . Бристоль и Филадельфия: Издательство Института физики. стр. 33. ISBN 978-0750303736. протон-нейтронная модель Гейзенберга.
  70. ^ аб Иваненко, Д. (1932). «Сюр-ла-конституция новых атомов». Comptes Rendus de l'Académie des Sciences de Paris . 195 : 439–441.
  71. ^ Бахер, РФ ; Кондон, ЭУ (1932). «Спин нейтрона». Physical Review . 41 (5): 683–685. Bibcode : 1932PhRv...41..683G. doi : 10.1103/PhysRev.41.683.
  72. ^ Whaling, W. (2009). "Robert F. Bacher 1905–2004" (PDF) . Биографические мемуары Национальной академии наук . 2009 : 1. Bibcode :2009BMNAS2009....1W. Архивировано из оригинала (PDF) 2014-05-31 . Получено 2015-03-21 .
  73. ^ Бете, Х.; Пайерлс, Р. (1934). «Нейтрино». Nature . 133 (3362): 532–533. Bibcode : 1934Natur.133..532B. doi : 10.1038/133532a0 . S2CID  4001646.
  74. ^ Ян, Чэнь Нин (2012). «Теория β-распада Ферми». Международный журнал современной физики . 27 (3, 4): 1230005-1–1230005-7. Bibcode : 2012IJMPA..2730005Y. doi : 10.1142/S0217751X12300050.
  75. ^ ab Wilson, Fred L. (1968). "Теория бета-распада Ферми". Am. J. Phys . 36 (12): 1150–1160. Bibcode : 1968AmJPh..36.1150W. doi : 10.1119/1.1974382.
  76. ^ Иваненко, Д. (1932). «Нейтронен и кернектронен». Physikalische Zeitschrift der Sowjetunion . 1 : 820–822.
  77. ^ Кьюри, ФНД (1933). «Столкновения нейтронов с протонами». Physical Review . 44 (6): 463. Bibcode : 1933PhRv...44..463K. doi : 10.1103/PhysRev.44.463.
  78. ^ abcd Брейт, Г.; Раби, II (1934). «Об интерпретации настоящих значений ядерных моментов». Physical Review . 46 (3): 230. Bibcode :1934PhRv...46..230B. doi :10.1103/PhysRev.46.230.
  79. ^ Massey, HSW (1932). «Прохождение нейтронов через вещество». Труды Королевского общества A. 138 ( 835): 460–469. Bibcode :1932RSPSA.138..460M. doi : 10.1098/rspa.1932.0195 .
  80. ^ Sime, RL (1996). Лиз Мейтнер: Жизнь в физике . Издательство Калифорнийского университета. ISBN 978-0520089068. нейтрон.
  81. ^ Seidel, RW (1989). Лоуренс и его лаборатория: история лаборатории Лоуренса в Беркли. Издательство Калифорнийского университета. ISBN 9780520064263.
  82. ^ Чедвик, Дж.; Голдхабер, М. (1934). «Ядерный фотоэффект: распад диплона гамма-лучами». Nature . 134 (3381): 237–238. Bibcode :1934Natur.134..237C. doi : 10.1038/134237a0 . S2CID  4137231.
  83. ^ Фриш, Р.; Стерн, О. (1933). «Über die Magneticische Ablenkung von Wasserstoffmolekülen und das Magnetic Moment des Protons. I / Магнитное отклонение молекул водорода и магнитный момент протона. I». Zeitschrift für Physik . 84 (1–2): 4–16. Бибкод : 1933ZPhy...85....4F. дои : 10.1007/bf01330773. S2CID  120793548.
  84. ^ Эстерман, И.; Стерн, О. (1933). «Über die Magneticische Ablenkung von Wasserstoffmolekülen und das Magnetic Moment des Protons. II / Магнитное отклонение молекул водорода и магнитный момент протона. I». Zeitschrift für Physik . 85 (1–2): 17–24. Бибкод : 1933ZPhy...85...17E. дои : 10.1007/BF01330774. S2CID  186232193.
  85. ^ Эстерман, И.; Штерн, О. (1934). "Магнитный момент дейтона". Physical Review . 45 (10): 761(A109). Bibcode :1934PhRv...45..739S. doi :10.1103/PhysRev.45.739.
  86. ^ Раби, II; Келлог, Дж. М.; Захариас, Дж. Р. (1934). «Магнитный момент протона». Physical Review . 46 (3): 157. Bibcode : 1934PhRv...46..157R. doi : 10.1103/PhysRev.46.157.
  87. ^ Раби, II; Келлог, Дж. М.; Захариас, Дж. Р. (1934). «Магнитный момент дейтона». Physical Review . 46 (3): 163. Bibcode : 1934PhRv...46..163R. doi : 10.1103/PhysRev.46.163.
  88. ^ ab Rigden, John S. (2000). Раби, ученый и гражданин. Издательство Гарвардского университета. ISBN 9780674004351.
  89. ^ Бахер, РФ (1933). "Заметка о магнитном моменте ядра азота" (PDF) . Physical Review . 43 (12): 1001. Bibcode :1933PhRv...43.1001B. doi :10.1103/PhysRev.43.1001.
  90. ^ Тамм, И.Ю.; Альтшулер, СА (1934). «Магнитный момент нейтрона». Доклады Академии наук СССР . 8 : 455. Получено 30 января 2015 г.
  91. ↑ Feather, N. (1 июня 1932 г.). «Столкновения нейтронов с ядрами азота». Труды Королевского общества A. 136 ( 830): 709–727. Bibcode :1932RSPSA.136..709F. doi : 10.1098/rspa.1932.0113 .
  92. ^ Э. Ферми ; Э. Амальди ; Б. Понтекорво ; Ф. Разетти ; Э. Сегре (октябрь 1934 г.). «Azione di sostanze idrogenate sulla radioattività provocata da Neutroni» [Влияние водородосодержащих веществ на радиоактивность, производимую нейтронами]. La Ricerca Scientifica (на итальянском языке). II (7–8). Архивировано из оригинала 17 августа 2021 года . Проверено 16 августа 2021 г.
  93. ^ "Нобелевская премия по физике 1938 года: Энрико Ферми – Биографическая". Nobelprize.org . Получено 18 ноября 2017 г. .
  94. ^ Купер, Дэн (1999). Энрико Ферми: И революции в современной физике . Нью-Йорк: Oxford University Press. ISBN 978-0-19-511762-2. OCLC  39508200.
  95. ^ Чандрасекар, С. (1984). «Погоня за наукой». Minerva . 22 (3/4): 410–420. ISSN  0026-4695. Однажды, когда я пришел в лабораторию, мне пришло в голову, что я должен изучить эффект помещения куска свинца перед падающими нейтронами. Вместо моей обычной привычки я приложил большие усилия, чтобы точно обработать кусок свинца. Я был явно чем-то недоволен; я пытался найти любой предлог, чтобы отложить установку куска свинца на место. Когда, наконец, с некоторой неохотой я собирался положить его на место, я сказал себе: «Нет, мне не нужен этот кусок свинца здесь; мне нужен кусок парафина». Это было просто так, без предварительного предупреждения, без сознательных предварительных рассуждений. Я немедленно взял какой-то странный кусок парафина и поместил его туда, где должен был быть кусок свинца.
  96. ^ Чандрасекар, С., Энрико Ферми: Сборник статей (Чикаго: Издательство Чикагского университета, 1962), т. II, стр. 926-927.
  97. ^ Хан, О. (1958). «Открытие деления». Scientific American . 198 (2): 76. Bibcode : 1958SciAm.198b..76H. doi : 10.1038/scientificamerican0258-76.
  98. ^ Мейтнер, Л.; Фриш , О. Р. (1939). «Распад урана нейтронами: новый тип ядерной реакции». Nature . 143 (3615): 239. Bibcode : 1939Natur.143..239M. doi : 10.1038/143239a0. S2CID  4113262.
  99. ↑ Hahn, O.; Strassmann, F. (10 февраля 1939 г.). «Доказательство образования активных изотопов бария из урана и тория, облученных нейтронами; доказательство существования более активных фрагментов, образующихся при делении урана». Die Naturwissenschaften . 27 (6): 89–95. Bibcode : 1939NW.....27...89H. doi : 10.1007/BF01488988. S2CID  33512939.
  100. ^ "Нобелевская премия по химии 1944 года: Отто Ган – Биографическая". Nobelprize.org . Получено 18 ноября 2017 г. .
  101. ^ Бернстайн, Джереми (2001). Урановый клуб Гитлера: секретные записи в Фарм-Холле. Нью-Йорк: Copernicus. стр. 281. ISBN 978-0-387-95089-1.
  102. ^ Айзексон, Уолтер (2007). Эйнштейн: Его жизнь и Вселенная . Simon & Schuster. ISBN 978-0743264747.
  103. ^ "About Enrico Fermi". Библиотека Чикагского университета: цифровые мероприятия и коллекции . Путеводитель по коллекции Энрико Ферми, Исследовательский центр специальных коллекций, Библиотека Чикагского университета. Архивировано из оригинала 26 ноября 2012 г. Получено 24 ноября 2017 г.
  104. ^ "Fermi at Columbia: The Manhattan Project and the First Nuclear Pile". Columbia University Department of Physics . Архивировано из оригинала 29 октября 2017 года . Получено 24 ноября 2017 года .
  105. ^ Родс, Ричард (1986). Создание атомной бомбы . Нью-Йорк: Simon & Schuster. ISBN 978-0-671-44133-3.
  106. ^ Гелл-Манн, М. (1964). «Схематическая модель барионов и мезонов». Physics Letters . 8 (3): 214–215. Bibcode : 1964PhL.....8..214G. doi : 10.1016/S0031-9163(64)92001-3.
  107. ^ Цвейг, Г. (1964). "Модель SU(3) для симметрии сильного взаимодействия и ее нарушение" (PDF) . Отчет ЦЕРН № 8182/TH.401 .
  108. ^ Цвейг, Г. (1964). "Модель SU(3) для симметрии сильного взаимодействия и ее нарушение: II" (PDF) . Отчет ЦЕРН № 8419/TH.412 .
  109. ^ Gell, Y.; Lichtenberg, DB (1969). «Кварковая модель и магнитные моменты протона и нейтрона». Il Nuovo Cimento A. Серия 10. 61 (1): 27–40. Bibcode :1969NCimA..61...27G. doi :10.1007/BF02760010. S2CID  123822660.

Дальнейшее чтение