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 сыграло центральную роль в выдающихся достижениях атомной физики в первой половине 20-го века. В начале века Эрнест Резерфорд разработал грубую модель атома [1] : 188  [2] на основе эксперимента Ганса Гейгера и Эрнеста Марсдена с золотой фольгой . В этой модели масса атомов и положительный электрический заряд были сосредоточены 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 на ядро. [5] : §1.1.2  На протяжении 1920-х годов считалось, что ядро ​​состоит из комбинаций протонов и электронов , двух известных в то время элементарных частиц , но эта модель представляла собой несколько экспериментальных и теоретических противоречий. [1] : 298 

Сущность атомного ядра была установлена ​​с открытием нейтрона Джеймсом Чедвиком в 1932 году [6] и определением, 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 нейтронным облучением (1934 г.) и деление атомов урана нейтронами (1938 г.). [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 они были определены как составные частицы, состоящие из кварков . [10]

Открытие радиоактивности

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

Радиоактивность была открыта в 1896 году французским учёным Анри Беккерелем , работавшим с фосфоресцирующими материалами. В 1898 году Эрнест Резерфорд из Кавендишской лаборатории выделил два типа радиоактивности: альфа-лучи и бета-лучи , которые различались по своей способности проникать или проникать в обычные объекты или газы. Два года спустя Поль Виллар открыл гамма -лучи, обладающие еще большей проникающей способностью. [1] : 8–9  Эти излучения вскоре были отождествлены с известными частицами: Вальтер Кауфман в 1902 году показал, что бета-лучи являются электронами ; В 1907 году Резерфорд и Томас Ройдс показали, что альфа-лучи представляют собой ионы гелия ; а гамма-лучи были признаны электромагнитным излучением, то есть формой света ,  Резерфордом и Эдвардом Андраде в 1914 году . к процессам, происходящим внутри атомов. И 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 с указанием
β−
излучение — испускание быстрого электрона из ядра (сопутствующее антинейтрино опущено). В модели ядра Резерфорда красная сфера представляла собой протон с положительным зарядом, а синяя сфера — протон, тесно связанный с электроном и не имеющий суммарного заряда.
На вставке показан бета-распад свободного нейтрона, как его понимают 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. Эти измерения , которые теперь называются экспериментом Резерфорда с золотой фольгой или экспериментом Гейгера-Марсдена, позволили сделать удивительное открытие: хотя большинство альфа-частиц, проходящих через тонкую золотую фольгу, испытывали небольшое отклонение, некоторые из них рассеивались под большим углом. Рассеяние показало, что некоторые альфа-частицы отрикошетили назад от небольшого, но плотного компонента внутри атомов. На основании этих измерений к 1911 году Резерфорд понял, 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, учитывающую рассеяние. [2]

Модель Резерфорда оказала большое влияние, она легла в основу модели Бора для электронов, вращающихся вокруг ядра в 1913 году [12] и в конечном итоге привела к созданию квантовой механики к середине 1920-х годов.

Открытие изотопов

Одновременно с работами Резерфорда, Гейгера и Марсдена радиохимик Фредерик Содди из Университета Глазго изучал химические проблемы радиоактивных материалов. Содди работал с Резерфордом над радиоактивностью в Университете Макгилла . [13] К 1910 году между ураном и свинцом было идентифицировано около 40 различных радиоактивных элементов, называемых радиоэлементами , хотя таблица Менделеева допускала только 11 элементов. Содди и Казимеж Фаянс независимо друг от друга обнаружили в 1913 году, что элемент, претерпевающий альфа-распад, производит элемент на два места левее в периодической системе, а элемент, подвергающийся бета-распаду, производит элемент на одно место вправо в периодической системе. Также химически идентичны те радиоэлементы, которые находятся в одних и тех же местах периодической системы. Содди назвал эти химически идентичные элементы изотопами . [14] : 3–5  [15] За исследование радиоактивности и открытие изотопов Содди был удостоен Нобелевской премии по химии 1921 года. [16]

Реплика третьего масс-спектрометра Астона.

Опираясь на работу 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 находятся в целочисленном отношении к кислороду-16 , [17] который, по его мнению, имеет массу ровно 16. [4] (Сегодня правило целых чисел выражается в виде кратные атомной единице массы (а.е.м.) по отношению к углероду-12 [18] ) . Примечательно, что единственным исключением из этого правила был сам водород, масса которого составляла 1,008. Избыточная масса была небольшой, но далеко за пределами экспериментальной неопределенности.

Поскольку эквивалентность массы и энергии Эйнштейна была известна с 1905 года, Астон и другие быстро поняли, что несоответствие масс связано с энергией связи атомов. Когда содержимое нескольких атомов водорода связано в один атом, энергия отдельного атома должна быть меньше суммы энергий отдельных атомов водорода, и, следовательно, масса отдельного атома меньше суммы атомов водорода. массы. [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 целых чисел. [19] Отмечая недавнее открытие Астоном энергии ядерной 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. [20]

Атомный номер и закон Мозли

Резерфорд и другие отметили несоответствие между массой атома, рассчитанной 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. [21] : 82  Антониус ван ден Брук смело выдвинул гипотезу, что требуемый заряд, обозначаемый Z , не составлял половины атомного веса элемента, а вместо этого был точно равен порядковому положению элемента в периодической таблице . [1] : 228  В то время не было известно, что положения элементов в периодической таблице имеют какое-либо физическое значение. Однако если элементы были упорядочены по принципу увеличения атомной массы, то проявлялась периодичность химических свойств. Однако были очевидны исключения из этой периодичности, такие как кобальт и никель. [а] [22] : 180 

В 1913 году в Манчестерском университете Генри Мозли обсуждал новую модель атома Бора с посетившим его Бором. [21] Модель учитывала спектр электромагнитного излучения атома водорода, и Мозли и Бор задавались 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. [23] : 346  В 1913–1914 годах Мозли проверял этот вопрос экспериментально, используя методы дифракции рентгеновских лучей . Он обнаружил , что наиболее интенсивная коротковолновая линия в рентгеновском спектре конкретного элемента, известная как линия К-альфа , связана с положением элемента в периодической таблице, то есть с его атомным номером Z. Действительно, Мозли ввел эту номенклатуру. [5] : §1.1.2  Мозли обнаружил, что частоты излучения простым образом связаны с атомным номером элементов для большого числа элементов. [24] [5] : 5  [22] : 181 

В течение года было отмечено, что уравнение соотношения, которое теперь называется законом Мозли , можно объяснить в терминах модели Бора 1913 года с разумными дополнительными предположениями об атомной структуре других элементов. [25] : 87  Результат Мозли, согласно более позднему описанию Бора, не только установил атомный номер как измеримую экспериментальную величину, но и придал ему физический смысл как положительный заряд атомного ядра. Элементы можно упорядочить в периодической системе по атомному номеру, а не по атомному весу. [26] : 127  Результат связал воедино организацию таблицы Менделеева, модель Бора для атома, [27] : 56  и модель Резерфорда для альфа-рассеяния на ядрах. Резерфорд, Бор и другие цитировали его как важнейший шаг в понимании природы атомного ядра. [28]

Дальнейшие исследования в области атомной физики были прерваны началом Первой мировой войны . Мозли был убит в 1915 году в битве при Галлиполи , [29] [22] : 182,  в то время как студент Резерфорда Джеймс Чедвик был интернирован в Германии на время войны, 1914–1918. [30] В Берлине была прервана исследовательская работа Лизы Мейтнер и Отто Хана по определению цепочек радиоактивного распада радия и урана путем точного химического разделения. [9] : §4  Большую часть войны Мейтнер провела, работая радиологом и медицинским рентгенологом на австрийском фронте, а Хан, химик , работал над исследованиями в области применения отравляющих газов . [9] : 61–62, 68. 

Резерфордовский атом

Эрнест Резерфорд

В 1920 году Резерфорд прочитал в Королевском обществе бекеровскую лекцию под названием «Ядерное строение атомов», представляющую собой краткое изложение недавних экспериментов с атомными ядрами и выводы относительно структуры атомных ядер. [31] [8] : 23  [5] : 5  К 1920 году широко предполагалось существование электронов внутри атомного ядра. 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 из которых имел заряд -1, чтобы придать ядру правильный общий заряд. Масса протонов примерно в 1800 раз больше массы электронов, поэтому масса электронов в этом вычислении не имеет значения. [1] : 230–231  Такая модель согласовывалась с рассеянием альфа-частиц тяжелыми ядрами, а также с зарядом и массой многих изотопов, которые были идентифицированы. Были и другие мотивы создания протон-электронной модели. Как заметил тогда Резерфорд: «У нас есть веские основания полагать, что ядра атомов содержат электроны, а также положительно заряженные тела...», [31] : 376–377,  а именно, было известно, что бета-излучение представляет собой электроны. испускаемые из ядра. [8] : 21  [5] : 5–6 

В этой лекции Резерфорд выдвинул гипотезу о существовании 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 придает ей заряд +2 и массу 4. В статье 1919 года [32] Резерфорд сообщил об очевидном открытии новой двухзарядной частицы с массой 3, обозначенной X++, интерпретируемый как состоящий из трех протонов и тесно связанного электрона. Этот результат подсказал Резерфорду возможность существования двух новых частиц: одна из двух протонов с тесно связанным электроном, а другая — из одного протона и тесно связанного электрона. Позже было установлено, что частица X++ имеет массу 4 и является всего лишь альфа-частицей низкой энергии. [8] : 25  Тем не менее, Резерфорд предположил существование дейтрона, частицы с зарядом +1 и массой 2, и нейтрона, нейтральной частицы с массой 1. [31] : 396  Первый — ядро ​​дейтерия , открытое в 1931 году Гарольдом Юри . [33] Масса гипотетической нейтральной частицы мало чем отличалась бы от массы протона. Резерфорд определил, что такую ​​частицу с нулевым зарядом будет трудно обнаружить имеющимися методами. [31] : 396 

Примерно во время лекции Резерфорда появились и другие публикации с аналогичными предположениями о протонно-электронном составе ядра, а в 1921 году Уильям Харкинс , американский химик, назвал незаряженную частицу нейтроном . [34] [35] [36] [5] : 6  Примерно в то же время слово «протон» было принято для обозначения ядра водорода. [37] Нейтрон, очевидно, был построен из латинского корня нейтрального и греческого окончания -on (путем имитации электрона и протона ). [38] [39] Однако ссылки на слово нейтрон в связи с атомом можно найти в литературе еще в 1899 году. [1] : 398  [34]

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

Гипотеза Резерфорда и гипотетический «нейтрон» не получили широкого признания. В своей монографии 1931 года «О строении атомных ядер и радиоактивности» Георгий Гамов , работавший тогда в Институте теоретической физики в Копенгагене, не упомянул нейтрон. [40] 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. [41]

Проблемы гипотезы ядерных электронов

На протяжении 1920-х годов физики предполагали, что атомное ядро ​​состоит из протонов и «ядерных электронов». [8] : 29–32  [42] Согласно этой гипотезе, ядро ​​азота-14 ( 14 N) должно состоять из 14 протонов и 7 электронов, так что его чистый заряд будет равен +7 элементарным единицам заряда, а масса из 14 атомных единиц массы. Вокруг этого ядра также будут вращаться еще 7 электронов, названных Резерфордом «внешними электронами» [31] : 375,  чтобы завершить атом 14 N. Однако вскоре стали очевидны проблемы с гипотезой.

Ральф Крониг отметил в 1926 году, что наблюдаемая сверхтонкая структура атомных спектров несовместима с протон-электронной гипотезой. Эта структура вызвана влиянием ядра на динамику вращающихся электронов. Магнитные моменты предполагаемых «ядерных электронов» должны были вызывать сверхтонкие расщепления спектральных линий, подобные эффекту Зеемана , но таких эффектов не наблюдалось. [43] : 199  Казалось, что магнитный момент электрона исчезал, когда он находился внутри ядра. [1] : 299 

Во время посещения Утрехтского университета в 1928 году Крониг узнал об удивительном аспекте вращательного спектра N 2 + . Прецизионные измерения, проведенные Леонардом Орнштейном , директором Утрехтской физической лаборатории, показали, 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 сохраняют свою идентичность вне ядра». [1] : 299–301  [44] : 117 

Наблюдения Франко Разетти за вращательными уровнями энергии двухатомных молекул с помощью рамановской спектроскопии в 1929 году не соответствовали статистике, ожидаемой от протон-электронной гипотезы. Разетти получил зонные спектры молекул H 2 и N 2 . В то время как линии для обеих двухатомных молекул показывают чередование интенсивности света и темноты, картина чередования для H 2 противоположна картине чередования N 2 . Тщательно проанализировав эти экспериментальные результаты, немецкие физики Вальтер Гейтлер и Герхард Герцберг показали, что ядра водорода подчиняются статистике Ферми, а ядра азота подчиняются статистике Бозе. Однако неопубликованный на тот момент 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 в ядре азота была 21 частица, оно должно было бы подчиняться статистике Ферми, вопреки действительности. Таким образом, Гейтлер и Герцберг пришли к выводу: «электрон в ядре... теряет способность определять статистику ядра». [44] : 117–118. 

Парадокс Клейна [45] , открытый Оскаром Клейном в 1928 году, представил дальнейшие квантовомеханические возражения против представления об электроне, заключенном внутри ядра. Этот ясный и точный парадокс, полученный из уравнения Дирака , предполагает, что электрон, приближающийся к высокому потенциальному барьеру, имеет высокую вероятность прохождения через барьер [40] в процессе образования пары . По-видимому, электрон не может быть удержан внутри ядра какой-либо потенциальной ямой. Смысл этого парадокса в то время активно обсуждался. [43] : 199–200 

Примерно к 1930 году стало общепризнанным, что трудно согласовать протон-электронную модель ядер с соотношением неопределенностей Гейзенберга в квантовой механике. [43] : 199  [1] : 299  Это соотношение Δ x ⋅Δ p ≥ 1 ⁄ 2 ħ означает, что электрон, заключенный в области размером с атомное ядро, обычно имеет кинетическую энергию около 40 МэВ, [1 ] : 299  [b] , что больше наблюдаемой энергии бета-частиц, вылетающих из ядра. [1] Такая энергия также намного превышает энергию связи нуклонов, [46] :89  , которая, как показали Астон и другие, составляет менее 9 МэВ на нуклон. [47] : 511 

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

Хотя все эти соображения не «доказывали», что электрон не может существовать в ядре, они сбивали с толку физиков и затрудняли их интерпретацию. Было придумано множество теорий, чтобы объяснить, почему приведенные выше аргументы могут быть ошибочными. [48] ​​: 4–5  В своей монографии 1931 года Гамов суммировал все эти противоречия, отмечая утверждения об электронах в ядре предупредительными символами. [42] : 23 

Открытие нейтрона

В 1930 году Вальтер Боте и его сотрудник Герберт Беккер в Гиссене (Германия) обнаружили, что если энергичные альфа-частицы, испускаемые полонием, падать на определенные легкие элементы, в частности на бериллий (9
4Быть
), бор (11
5Б
), или литий (7
3Ли
), возникло необычайно проникающее излучение. [49] Бериллий давал самое интенсивное излучение. Полоний очень радиоактивен, производит энергичное альфа-излучение, и в то время он широко использовался для экспериментов по рассеянию. [40] : 99–110  На альфа-излучение можно влиять электрическим полем, поскольку оно состоит из заряженных частиц. Однако наблюдаемое проникающее излучение не подвергалось влиянию электрического поля, поэтому считалось, что это гамма-излучение . Излучение было более проникающим, чем любые известные гамма-лучи, и детали экспериментальных результатов было трудно интерпретировать. [50] [51] [40]

Схематическая диаграмма эксперимента по открытию нейтрона в 1932 году. Слева: источник полония использовался для облучения бериллия альфа-частицами, что вызывало незаряженное излучение. Когда это излучение ударило по парафину, протоны вылетели. Протоны наблюдались с помощью небольшой ионизационной камеры. Адаптировано из Чедвика (1932). [6]

Два года спустя Ирен Жолио-Кюри и Фредерик Жолио в Париже показали, что если это неизвестное излучение попадет на парафин или любое другое водородсодержащее соединение, оно выбрасывает протоны очень высокой энергии (5 МэВ). [52] Это наблюдение само по себе не противоречило предполагаемой природе гамма-излучения нового излучения, но его интерпретация ( комптоновское рассеяние ) имела логическую проблему. Из соображений энергии и импульса гамма-лучи должны иметь невероятно высокую энергию (50 МэВ), чтобы рассеять массивный протон. [5] : §1.3.1  В Риме молодой физик Этторе Майорана заявил, что способ взаимодействия нового излучения с протонами требует нейтральной частицы, такой же тяжелой, как протон, но отказался опубликовать свой результат, несмотря на поддержку Энрико Ферми. . [53]

Услышав о результатах парижских исследований, Резерфорд и Джеймс Чедвик из Кавендишской лаборатории также не поверили гипотезе гамма-излучения, поскольку она не обеспечивала сохранение энергии . [54] При содействии Нормана Физера [55] Чедвик быстро выполнил серию экспериментов, показывающих, что гипотеза гамма-излучения несостоятельна . В прошлом году Чедвик, Дж.Э.Р. Констебль и Э.К. Поллард уже проводили эксперименты по расщеплению легких элементов с использованием альфа-излучения полония. [56] 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 парафин, углеводород с высоким содержанием водорода, тем самым создав мишень, плотную протонами. Как и в парижском эксперименте, излучение энергично рассеяло часть протонов. Чедвик измерил дальность полета этих протонов, а также измерил, как новое излучение воздействует на атомы различных газов. [57] Измерения энергии отдачи показали, что масса частиц излучения должна быть подобна массе протона: новое излучение не могло состоять из гамма-лучей. Незаряженные частицы примерно той же массы, что и протон, соответствовали свойствам, описанным Резерфордом в 1920 году и которые позже были названы нейтронами. [58] [6] [59] [60] За это открытие Чедвик получил Нобелевскую премию по физике в 1935 году. [61]

1932 год позже был назван « annus mirabilis » для ядерной физики в Кавендишской лаборатории [57] с открытием нейтрона, искусственного ядерного распада на ускорителе частиц Кокрофта-Уолтона и позитрона .

Протон-нейтронная модель ядра

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

Учитывая проблемы протон-электронной модели , [42] [62] было быстро признано, что атомное ядро ​​состоит из протонов и нейтронов, хотя точная природа нейтрона изначально была неясна. Через несколько месяцев после открытия нейтрона Вернер Гейзенберг [63] [64] [65] [60] и Дмитрий Иваненко [66] предложили протон-нейтронные модели ядра. [67] Знаменательные работы Гейзенберга приблизились к описанию протонов и нейтронов в ядре с помощью квантовой механики. Хотя теория Гейзенберга о протонах и нейтронах в ядре была «большим шагом к пониманию ядра как квантово-механической системы» [68] , он все же предполагал наличие ядерных электронов. В частности, Гейзенберг предположил, что нейтрон представляет собой протон-электронный композит, которому не существует квантовомеханического объяснения. У Гейзенберга не было объяснения того, как легкие электроны могут быть связаны внутри ядра. Гейзенберг представил первую теорию ядерных обменных сил, связывающих нуклоны. Он считал протоны и нейтроны разными квантовыми состояниями одной и той же частицы, т. е. нуклонами, отличающимися величиной их квантовых чисел изоспина ядра.

Протон-нейтронная модель объяснила загадку динитрогена. Когда было предложено, чтобы 14 N состоял из 3 пар протонов и нейтронов, с дополнительным неспаренным нейтроном и протоном, каждый из которых вносил спин 1 ⁄ 2  ħ в том же направлении для общего спина 1 ħ, модель стала жизнеспособной. [69] [70] [71] Вскоре нейтроны стали использоваться для естественного объяснения различий в спинах во многих различных нуклидах одинаковым образом.

Если протон-нейтронная модель ядра решила многие проблемы, то она выдвинула на первый план проблему объяснения происхождения бета-излучения. Ни одна существующая теория не могла объяснить, как электроны или позитроны [72] могут исходить из ядра. [73] В 1934 году Энрико Ферми опубликовал свою классическую статью, описывающую процесс бета-распада , в котором нейтрон распадается на протон, создавая электрон и (пока еще не открытое) нейтрино . [74] В статье использовалась аналогия о том, что фотоны , или электромагнитное излучение, аналогичным образом создавались и уничтожались в атомных процессах. Иваненко предложил аналогичную аналогию в 1932 году. [69] [75] 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, показавшей, как могут создаваться и уничтожаться частицы. Он создал общую, базовую теорию взаимодействия частиц слабыми или сильными силами. [74] Хотя эта влиятельная статья выдержала испытание временем, идеи, содержащиеся в ней, были настолько новыми, что, когда она была впервые представлена ​​в журнале Nature в 1933 году, она была отвергнута как слишком умозрительная. [68]

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. [76] [77] В 1932 году Гарри Мэсси исследовал модель составного нейтрона, чтобы объяснить его большую проникающую способность через материю и его электрическую нейтральность, например [78] . Эта проблема была наследием преобладающего в 1920-х годах мнения о том, что единственными элементарными частицами являются протон и электрон.

Природа нейтрона была основной темой обсуждения на 7-й Сольвеевской конференции , состоявшейся в октябре 1933 года, на которой присутствовали Гейзенберг, Нильс Бор , Лиза Мейтнер , Эрнест Лоуренс , Ферми, Чедвик и другие. [68] [79] Как было сформулировано Чедвиком в его Бейкеровской лекции в 1933 году, основным вопросом была масса нейтрона по отношению к протону. Если масса нейтрона меньше суммы масс протона и электрона (1,0078  u ), то нейтрон мог бы быть протон-электронным композитом из-за дефекта массы из-за энергии связи ядра . Если масса больше, чем совокупная масса, то нейтрон был элементарным, как и протон. [59] На этот вопрос было сложно ответить, поскольку масса электрона составляет всего 0,05% от массы протона, поэтому требовались исключительно точные измерения.

Трудность измерения иллюстрируется широким диапазоном значений массы нейтрона, полученных с 1932 по 1934 год. Сегодня принятое значение составляет1,008 66  ед . В статье Чедвика 1932 года, сообщающей об открытии, он оценил массу нейтрона между1,005  ед и1,008  ед . [54] Бомбардируя бор альфа-частицами, Фредерик и Ирен Жолио-Кюри получили высокое значение1,012  u , а команда Эрнеста Лоуренса из Калифорнийского университета измерила небольшое значение1.0006  u, используя свой новый циклотрон . [80]

В 1935 году Чедвик и его докторант Морис Гольдхабер решили проблему, сообщив о первом точном измерении массы нейтрона. Они использовали гамма-лучи таллия -208 ( 208 Tl) с энергией 2,6 МэВ (тогда известного как торий С" ) для фоторасщепления дейтрона. [81]

В этой реакции образующиеся протон и нейтрон имеют примерно равную кинетическую энергию, поскольку их массы примерно равны. Кинетическая энергия образовавшегося 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  ед .). Тогда массу нейтрона можно было бы определить с помощью простого баланса масс.

где m d,p,n относятся к массе дейтрона, протона или нейтрона, а «be» — энергия связи. Массы дейтрона и протона были известны; Чедвик и Гольдхабер использовали значения 2,0142 ед. и 1,0081 ед. соответственно. Они обнаружили, что масса нейтрона немного больше массы протона.1,0084  ед или1,0090  u , в зависимости от точного значения массы дейтрона. [7] Масса нейтрона была слишком велика, чтобы представлять собой протон-электронный композит, поэтому нейтрон был идентифицирован как элементарная частица. [54] Чедвик и Гольдхабер предсказали, что свободный нейтрон сможет распадаться на протон, электрон и нейтрино ( бета-распад ).

Нейтронная физика в 1930-е годы.

Вскоре после открытия нейтрона косвенные данные позволили предположить, что магнитный момент нейтрона неожиданно оказался ненулевым. Попытки измерить магнитный момент нейтрона начались с открытия Отто Штерна в 1933 году в Гамбурге того, что протон обладает аномально большим магнитным моментом. [82] [83] К 1934 году группы под руководством Стерна, сейчас находящегося в Питтсбурге , и И.И. Раби в Нью-Йорке независимо пришли к выводу, что магнитный момент нейтрона был отрицательным и неожиданно большим, путем измерения магнитных моментов протона и дейтрона . [77] [84] [85] [86] [87] Значения магнитного момента нейтрона были также определены Робертом Бахером [88] (1933) в Анн-Арборе и И.Я. Таммом и С.А. Альтшулером [77] [89] (1934) в Советском Союзе по изучению сверхтонкой структуры атомных спектров. К концу 1930-х годов группа Раби установила точные значения магнитного момента нейтрона с помощью измерений с использованием недавно разработанных методов ядерного магнитного резонанса . [87] Большое значение магнитного момента протона и предполагаемое отрицательное значение магнитного момента нейтрона были неожиданными и вызвали много вопросов. [77]

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

Открытие нейтрона сразу же дало ученым новый инструмент для исследования свойств атомных ядер. Альфа-частицы использовались на протяжении предыдущих десятилетий в экспериментах по рассеянию, но такие частицы, являющиеся ядрами гелия, имеют заряд +2. Этот заряд мешает альфа-частицам преодолевать кулоновскую силу отталкивания и напрямую взаимодействовать 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 Физером , коллегой и протеже Чедвика, в экспериментах по рассеянию азота. [90] Физер смог показать, что нейтроны, взаимодействующие с ядрами азота, рассеиваются на протоны или заставляют азот распадаться с образованием бора с испусканием альфа-частицы. Таким образом, Физер был первым, кто показал, что нейтроны вызывают ядерный распад.

В Риме Энрико Ферми и его команда бомбардировали более тяжелые элементы нейтронами и обнаружили, что продукты радиоактивны. К 1934 году они использовали нейтроны, чтобы вызвать радиоактивность 22 различных элементов, многие из которых имели высокий атомный номер. Заметив, что другие эксперименты с нейтронами в его лаборатории, по-видимому, лучше проходили на деревянном столе, чем на мраморном, Ферми заподозрил, что протоны дерева замедляют нейтроны и тем самым увеличивают вероятность взаимодействия нейтрона с ядрами. Поэтому Ферми пропускал нейтроны через парафин, чтобы замедлить их, и обнаружил, что радиоактивность некоторых бомбардируемых элементов увеличивается в десятки-сотни раз. [91] Сечение взаимодействия с ядрами у медленных нейтронов значительно больше, чем у быстрых нейтронов . В 1938 году Ферми получил Нобелевскую премию по физике «за демонстрацию существования новых радиоактивных элементов, образующихся при нейтронном облучении, и за связанное с этим открытие ядерных реакций , вызываемых медленными нейтронами» . [92] [93]

Лиза Мейтнер и Отто Хан в своей лаборатории в 1913 году. [9]
Деление ядра, вызванное поглощением нейтрона ураном-235 . Тяжелый нуклид распадается на более легкие компоненты и дополнительные нейтроны.

В Берлине сотрудничество Лизы Мейтнер и Отто Хана вместе с их помощником Фрицем Штрассманом способствовало исследованиям, начатым Ферми и его командой, когда они бомбардировали уран нейтронами. Между 1934 и 1938 годами Хан, Мейтнер и Штрассман в ходе этих экспериментов обнаружили большое количество радиоактивных продуктов трансмутации, все из которых они считали трансурановыми . [94] Трансурановые нуклиды — это те, которые имеют атомный номер больше, чем у урана (92), и образуются в результате 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 смогла обеспечить себе новую должность в Швеции. Решающий эксперимент 16–17 декабря 1938 года (с использованием химического процесса, называемого « фракционирование радий-барий-мезоторий ») дал загадочные 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) принадлежат к одной химической группе . К январю 1939 года Хан пришел к выводу, что то, что они считали трансурановыми нуклидами, на самом деле на самом деле было гораздо более легкими нуклидами, такими как барий, лантан , церий и легкие платиноиды . Мейтнер и ее племянник Отто Фриш сразу и правильно интерпретировали эти наблюдения как результат ядерного деления — термина, придуманного Фришем. [95]

Хан и его сотрудники обнаружили расщепление ядер урана, нестабильных из-за поглощения нейтронов, на более легкие элементы. Мейтнер и Фриш также показали, что при делении каждого атома урана выделяется около 200 МэВ энергии. Открытие деления возбудило мировое сообщество физиков-атомщиков и общественность. [9] В своей второй публикации о делении ядра Хан и Штрассман предсказали существование и высвобождение дополнительных нейтронов в процессе деления. [96] Фредерик Жолио и его команда доказали, что это явление представляет собой цепную реакцию в марте 1939 года. В 1945 году Хан получил Нобелевскую премию по химии 1944 года «за открытие деления тяжелых атомных ядер». [97] [98]

После 1939 года

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

Открытие ядерного деления в конце 1938 года ознаменовало перенос центров ядерных исследований из Европы в США. Большое количество учёных эмигрировало в Соединённые Штаты, чтобы избежать проблем и антисемитизма в Европе и надвигающейся войны [99] : 407–410  (см. « Еврейские учёные и Манхэттенский проект »). Новыми центрами ядерных исследований стали университеты США, в частности Колумбийский университет в Нью-Йорке и Чикагский университет , куда переехал Энрико Ферми, [100] [101] и секретный исследовательский центр в Лос-Аламосе , штат Нью-Мексико , основанный 1942 год, новый дом Манхэттенского проекта . [102] Этот военный проект был сосредоточен на создании ядерного оружия , используя огромную энергию, выделяемую при делении урана или плутония посредством цепных реакций на основе нейтронов.

Открытие нейтрона и позитрона в 1932 году положило начало открытию многих новых частиц. Мюоны были открыты в 1936 году. Пионы и каоны были открыты в 1947 году, а лямбда-частицы — в 1950 году. На протяжении 1950-х и 1960-х годов было открыто большое количество частиц, называемых адронами . Классификационная схема организации всех этих частиц, предложенная независимо Мюрреем Гелл-Манном [103] и Джорджем Цвейгом [104] [105] 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. [106] [10]

Видео

Заметки с пояснениями

  1. ^ Атомный номер и атомная масса кобальта соответственно 27 и 58,97, никеля соответственно 28 и 58,68.
  2. ^ В ядре радиуса r порядка 5 × 10 -13 см принцип неопределенности требует, чтобы электрон имел импульс p порядка h / r . Такой импульс подразумевает, что электрон имеет (релятивистскую) кинетическую энергию около 40 МэВ. [46] : 89 

Рекомендации

  1. ^ abcdefghijklm Паис, Авраам (1986). Внутренняя граница . Оксфорд: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0198519973.
  2. ^ аб Резерфорд, Э. (1911). «Рассеяние α- и β-частиц веществом и строение атома». Философский журнал . Серия 6 (21): 669–688. дои : 10.1080/14786440508637080 . Проверено 15 ноября 2017 г.
  3. ^ Лонгэйр, MS (2003). Теоретические концепции в физике: альтернативный взгляд на теоретические рассуждения в физике. Издательство Кембриджского университета. стр. 377–378. ISBN 978-0-521-52878-8.
  4. ^ abc Squires, Гордон (1998). «Фрэнсис Астон и масс-спектрограф». Далтон Транзакции (23): 3893–3900. дои : 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 А. 136 (830): 692–708. Бибкод : 1932RSPSA.136..692C. дои : 10.1098/rspa.1932.0112 .
  7. ^ аб Чедвик, Дж.; Гольдхабер, М. (1935). «Ядерный фотоэлектрический эффект». Труды Королевского общества А. 151 (873): 479–493. Бибкод : 1935RSPSA.151..479C. дои : 10.1098/rspa.1935.0162 .
  8. ^ abcdef Стювер, Роджер Х. (1983). «Ядерно-электронная гипотеза». В Ши, Уильям Р. (ред.). Отто Хан и развитие ядерной физики . Дордрехт, Голландия: Издательство Д. Риделя. стр. 19–67. ISBN 978-90-277-1584-5.
  9. ^ abcdefg Райф, Патрисия (1999). Лиза Мейтнер и начало ядерного века . Базель, Швейцария: Биркхойзер. ISBN 978-0-8176-3732-3.
  10. ^ ab Перкинс, Дональд Х. (1982), Введение в физику высоких энергий, Аддисон Уэсли, Ридинг, Массачусетс, стр. 201–202, ISBN 978-0-201-05757-7
  11. ^ Мэлли, Марджори (2011), Радиоактивность: история загадочной науки (иллюстрированное издание), Oxford University Press, ISBN 9780199766413
  12. ^ Бор, Н. (1913). «О строении атомов и молекул, часть I» (PDF) . Философский журнал . 26 (151): 1–24. Бибкод : 1913PMag...26....1B. дои : 10.1080/14786441308634955.
  13. ^ «Нобелевская премия по химии 1921 года - биография Фредерика Содди» . Нобелевская премия . Проверено 5 сентября 2019 г.
  14. ^ Чоппин, Грегори; Лильензин, Ян-Олов; Ридберг, январь (2013 г.), Радиохимия и ядерная химия (4-е изд.), Academic Press, ISBN 978-0124058972
  15. ^ Другие также предположили 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, с. 141. (Кэмерон также предвидел закон о перемещении.)
  16. ^ «Нобелевская премия по химии 1921 года: Фредерик Содди - биографический». Нобелевская премия . Проверено 16 марта 2014 г.
  17. ^ Астон, Фрэнсис Уильям. Масс-спектры и изотопы. Лондон: Эдвард Арнольд, 1942.
  18. ^ «Атомные веса и Международный комитет - исторический обзор». 26 января 2004 г.
  19. ^ «Нобелевская премия по химии 1922 года: Фрэнсис В. Астон - биографический». Нобелевская премия.org . Проверено 18 ноября 2017 г.
  20. ^ Эддингтон, AS (1920). «Внутренняя конституция звезд» (PDF) . Природа . 106 (2653): 233–40. Бибкод : 1920Natur.106...14E. дои : 10.1038/106014a0 . PMID  17747682. S2CID  36422819.
  21. ^ аб Хейлброн, JL (1974). Х. Дж. Мозли: Жизнь и письма английского физика, 1887–1915 гг . Издательство Калифорнийского университета. ISBN 0520023757.
  22. ^ abc Авраам Паис (1991). Времена Нильса Бора: в физике, философии и политике . Издательство Оксфордского университета. ISBN 0-19-852049-2.
  23. ^ Хейлброн, Джон (1966), «Работа HGJ Мозли», Isis , 57 (3): 336–364, doi : 10.1086/350143, JSTOR  228365, S2CID  144765815
  24. ^ Мозли, Генри Дж.Дж. (1913). «Высокочастотные спектры элементов». Философский журнал . 26 (156): 1024–1034. дои : 10.1080/14786441308635052.
  25. ^ Бернард, Джаффе (1971), Мозли и нумерация элементов, Doubleday, ASIN  B009I5KZGM
  26. ^ Борн, Макс (2013), Атомная физика (8-е изд.), Courier Corporation, ISBN 9780486318585
  27. ^ Краг, Хельге (2002). Квантовые поколения: история физики двадцатого века (переиздание). Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0691095523.
  28. ^ "Интервью по устной истории: Нильс Бор, Сессия I" . Американский институт физики , Библиотека и архив Нильса Бора. 31 октября 1962 года . Проверено 25 октября 2017 г.
  29. ↑ Рейноса, Питер (7 января 2016 г.). «Ода Генри Мозли». Хаффингтон Пост . Проверено 16 ноября 2017 г.
  30. ^ «Этот месяц в истории физики: май 1932 года: Чедвик сообщает об открытии нейтрона» . Новости АПС . 16 (5). 2007 . Проверено 16 ноября 2017 г. .
  31. ^ abcde Резерфорд, Э. (1920). «Бейкеровская лекция: Ядерное строение атомов». Труды Королевского общества А. 97 (686): 374–400. Бибкод : 1920RSPSA..97..374R. дои : 10.1098/rspa.1920.0040 .
  32. ^ Резерфорд, Э. (1919). «Столкновение α-частиц с легкими атомами». Философский журнал . 37 : 571.
  33. ^ Юри, Х.; Брикведде, Ф.; Мерфи, Г. (1932). «Изотоп водорода массы 2». Физический обзор . 39 (1): 164–165. Бибкод : 1932PhRv...39..164U. дои : 10.1103/PhysRev.39.164 .
  34. ^ ab Feather, Н. (1960). «История нейтронов и ядер. Часть 1». Современная физика . 1 (3): 191–203. Бибкод : 1960ConPh...1..191F. дои : 10.1080/00107516008202611.
  35. ^ Харкинс, Уильям (1921). «Строение и стабильность атомных ядер. (Вклад в тему неорганической эволюции.)». Философский журнал . 42 (249): 305. дои : 10.1080/14786442108633770.
  36. ^ Глассон, JL (1921). «Попытки обнаружить наличие нейтронов в разрядной трубке». Философский журнал . 42 (250): 596. дои : 10.1080/14786442108633801.
  37. ^ Резерфорд сообщил о принятии Британской ассоциацией слова «протон» для обозначения ядра водорода в сноске к Массону О. (1921). «XXIV. Строение атомов». Философский журнал . Серия 6. 41 (242): 281–285. дои : 10.1080/14786442108636219.
  38. ^ 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.
  39. ^ Хендри, Джон, изд. (1984-01-01), Кембриджская физика в тридцатые годы , Бристоль: Adam Hilger Ltd (опубликовано в 1984 г.), ISBN 978-0852747612
  40. ^ abcd Георгий Гамов «Состав атомных ядер и радиоактивность». (Международная серия монографий по физике.) Стр.viii + 114. (Оксфорд: Clarendon Press; Лондон: Oxford University Press, 1931.)
  41. ^ Кроутер, Дж. Г. (1971). «Резерфорд Великий». Новый ученый и научный журнал . 51 (3): 464–466 . Проверено 27 сентября 2017 г.
  42. ^ abc Браун, Лори М. (1978). «Идея нейтрино». Физика сегодня . 31 (9): 23. Бибкод : 1978PhT....31i..23B. дои : 10.1063/1.2995181. S2CID  121080564. В 1920-е годы физики пришли к выводу, что материя состоит только из двух видов элементарных частиц: электронов и протонов.
  43. ^ abc Stuewer, Роджер Х. (1985). «Нильс Бор и ядерная физика». На французском языке: AP; Кеннеди, Пи Джей (ред.). Нильс Бор: столетний том . Издательство Гарвардского университета. стр. 197–220. ISBN 978-0674624160.
  44. ^ аб Стьювер, Роджер (2018), Эпоха невинности: ядерная физика между Первой и Второй мировыми войнами , Oxford University Press, ISBN 9780192562906
  45. ^ Кляйн, О. (1929). «Отражение электронов и их потенциалы, возникшие на релятивистской динамике Дирака». Zeitschrift für Physik . 53 (3–4): 157. Бибкод : 1929ZPhy...53..157K. дои : 10.1007/BF01339716. S2CID  121771000.
  46. ^ аб Бете, Х.; Бахер, Р. (1936), «Ядерная физика А. Стационарные состояния ядер» (PDF) , Обзоры современной физики , 8 (82): 82–229, Бибкод : 1936RvMP....8...82B, doi :10.1103/RevModPhys.8.82
  47. ^ Астон, ФРВ (1927). «Бейкеровская лекция - Новый масс-спектрограф и правило целых чисел». Труды Королевского общества А. 115 (772): 487–514. Бибкод : 1927RSPSA.115..487A. дои : 10.1098/rspa.1927.0106 .
  48. ^ Кеннет С. Крейн (5 ноября 1987 г.). Введение в ядерную физику . Уайли. ISBN 978-0-471-80553-3.
  49. ^ «Нобелевская премия по физике 1954 года». nobelprize.org . Проверено 23 марта 2023 г. В 1930 году Боте в сотрудничестве с Х. Беккером бомбардировал бериллий массы 9 (а также бор и литий) альфа-лучами, полученными из полония, и получил новую форму излучения...
  50. ^ 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.
  51. ^ 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.
  52. ^ 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.
  53. ^ Зичичи, А., Этторе Майорана: гений и тайна, CERN Courier , 25 июля 2006 г., дата доступа: 16 ноября 2017 г.
  54. ^ abc Браун, А. (1997). Нейтрон и бомба: биография сэра Джеймса Чедвика . Издательство Оксфордского университета. ISBN 9780198539926.
  55. ^ «Интервью по устной истории: Норман Физер, сессия I» . Американский институт физики, Библиотека и архив Нильса Бора. 25 февраля 1971 года . Проверено 16 ноября 2017 г.
  56. ^ Чедвик, Дж.; Констебль, JER; Поллард, EC (1931). «Искусственный распад α-частицами». Труды Королевского общества А. 130 (814): 463–489. Бибкод : 1931RSPSA.130..463C. дои : 10.1098/rspa.1931.0017 .
  57. ^ ab «На вершине физической волны: Резерфорд снова в Кембридже, 1919–1937». Ядерный мир Резерфорда . Американский институт физики. 2011–2014 гг. Архивировано из оригинала 21 октября 2014 года . Проверено 19 августа 2014 г.
  58. ^ Чедвик, Джеймс (1932). «Возможное существование нейтрона». Природа . 129 (3252): 312. Бибкод : 1932Natur.129Q.312C. дои : 10.1038/129312a0 . S2CID  4076465.
  59. ^ аб Чедвик, Дж. (1933). «Бейкеровская лекция. – Нейтрон». Труды Королевского общества А. 142 (846): 1–25. Бибкод : 1933RSPSA.142....1C. дои : 10.1098/rspa.1933.0152 .
  60. ^ Аб Лей, Вилли (октябрь 1966 г.). «Отложенное открытие». Довожу до вашего сведения. Галактическая научная фантастика . стр. 116–127.
  61. ^ «Нобелевская премия по физике 1935 года: Джеймс Чедвик - биографический». Нобелевский фонд . Проверено 18 ноября 2017 г.
  62. ^ Фридлендер, Г.; Кеннеди, JW; Миллер, Дж. М. (1964) Ядерная и радиохимия (2-е издание), Wiley, стр. 22–23 и 38–39.
  63. ^ 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.
  64. ^ 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.
  65. ^ 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.
  66. ^ Иваненко Д.Д., Нейтронная гипотеза, Природа . 129 (1932) 798.
  67. ^ Миллер А.И. Ранняя квантовая электродинамика: Справочник , Издательство Кембриджского университета, Кембридж, 1995, ISBN 0521568919 , стр. 84–88. ISBN 0521568919  
  68. ^ abc Браун, LM; Рехенберг, Х. (1996). Происхождение понятия ядерных сил . Бристоль и Филадельфия: Издательство Института физики. п. 33. ISBN 978-0750303736. Модель протона и нейтрона Гейзенберга.
  69. ^ аб Иваненко, Д. (1932). «Сюр-ла-конституция новых атомов». Comptes Rendus de l'Académie des Sciences de Paris . 195 : 439–441.
  70. ^ Бахер, РФ ; Кондон, ЕС (1932). «Спин нейтрона». Физический обзор . 41 (5): 683–685. Бибкод : 1932PhRv...41..683G. doi : 10.1103/PhysRev.41.683.
  71. ^ Уэйлинг, В. (2009). «Роберт Ф. Бахер 1905–2004» (PDF) . Биографические мемуары Национальной академии наук . 2009 : 1. Бибкод : 2009BMNAS2009....1W. Архивировано из оригинала (PDF) 31 мая 2014 г. Проверено 21 марта 2015 г.
  72. ^ Бете, Х .; Пайерлс, Р. (1934). «Нейтрино». Природа . 133 (3362): 532–533. Бибкод : 1934Natur.133..532B. дои : 10.1038/133532a0 . S2CID  4001646.
  73. ^ Ян, Чен Нин (2012). «Теория β-распада Ферми». Международный журнал современной физики . 27 (3, 4): 1230005-1–1230005-7. Бибкод : 2012IJMPA..2730005Y. дои : 10.1142/S0217751X12300050.
  74. ^ Аб Уилсон, Фред Л. (1968). «Теория бета-распада Ферми». Являюсь. Дж. Физ . 36 (12): 1150–1160. Бибкод : 1968AmJPh..36.1150W. дои : 10.1119/1.1974382.
  75. ^ Иваненко, Д. (1932). «Нейтронен и кернектронен». Physikalische Zeitschrift der Sowjetunion . 1 : 820–822.
  76. ^ Курие, ФНД (1933). «Столкновения нейтронов с протонами». Физический обзор . 44 (6): 463. Бибкод : 1933PhRv...44..463K. doi : 10.1103/PhysRev.44.463.
  77. ^ abcd Брейт, Г.; Раби, II (1934). «Об интерпретации текущих значений ядерных моментов». Физический обзор . 46 (3): 230. Бибкод : 1934PhRv...46..230B. doi : 10.1103/PhysRev.46.230.
  78. ^ Мэсси, HSW (1932). «Прохождение нейтронов через вещество». Труды Королевского общества А. 138 (835): 460–469. Бибкод : 1932RSPSA.138..460M. дои : 10.1098/rspa.1932.0195 .
  79. ^ Симе, Р.Л. (1996). Лиза Мейтнер: Жизнь в физике . Издательство Калифорнийского университета. ISBN 978-0520089068. нейтрон.
  80. ^ Зайдель, RW (1989). Лоуренс и его лаборатория: история лаборатории Лоуренса в Беркли. Издательство Калифорнийского университета. ISBN 9780520064263.
  81. ^ Чедвик, Дж.; Гольдхабер, М. (1934). «Ядерный фотоэффект: распад диплона гамма-лучами». Природа . 134 (3381): 237–238. Бибкод : 1934Natur.134..237C. дои : 10.1038/134237a0 . S2CID  4137231.
  82. ^ 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.
  83. ^ 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.
  84. ^ Эстерман, И.; Стерн, О. (1934). «Магнитный момент дейтона». Физический обзор . 45 (10): 761(А109). Бибкод : 1934PhRv...45..739S. doi : 10.1103/PhysRev.45.739.
  85. ^ Раби, II; Келлог, Дж. М.; Захариас-младший (1934). «Магнитный момент протона». Физический обзор . 46 (3): 157. Бибкод : 1934PhRv...46..157R. doi :10.1103/PhysRev.46.157.
  86. ^ Раби, II; Келлог, Дж. М.; Захариас-младший (1934). «Магнитный момент дейтона». Физический обзор . 46 (3): 163. Бибкод : 1934PhRv...46..163R. дои : 10.1103/PhysRev.46.163.
  87. ^ аб Ригден, Джон С. (2000). Раби, учёный и гражданин. Издательство Гарвардского университета. ISBN 9780674004351.
  88. ^ Бахер, РФ (1933). «Заметка о магнитном моменте ядра азота» (PDF) . Физический обзор . 43 (12): 1001. Бибкод : 1933PhRv...43.1001B. doi : 10.1103/PhysRev.43.1001.
  89. ^ Тамм, И.Ю.; Альтшулер С.А. (1934). «Магнитный момент нейтрона». Доклады Академии наук СССР . 8 :455 . Проверено 30 января 2015 г.
  90. ↑ Перо, Н. (1 июня 1932 г.). «Столкновения нейтронов с ядрами азота». Труды Королевского общества А. 136 (830): 709–727. Бибкод : 1932RSPSA.136..709F. дои : 10.1098/rspa.1932.0113 .
  91. ^ 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) . Проверено 16 августа 2021 г.
  92. ^ «Нобелевская премия по физике 1938 года: Энрико Ферми - биографический». Нобелевская премия . Проверено 18 ноября 2017 г.
  93. ^ Купер, Дэн (1999). Энрико Ферми: И революции в современной физике . Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-511762-2. ОСЛК  39508200.
  94. ^ Хан, О. (1958). «Открытие деления». Научный американец . 198 (2): 76. Бибкод : 1958SciAm.198b..76H. doi : 10.1038/scientificamerican0258-76.
  95. ^ Мейтнер, Л .; Фриш, Орегон (1939). «Распад урана нейтронами: новый тип ядерной реакции». Природа . 143 (3615): 239. Бибкод : 1939Natur.143..239M. дои : 10.1038/143239a0. S2CID  4113262.
  96. ^ Хан, О.; Штрассманн, Ф. (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. Бибкод : 1939NW.....27...89H. дои : 10.1007/BF01488988. S2CID  33512939.
  97. ^ «Нобелевская премия по химии 1944 года: Отто Хан - биографический». Нобелевская премия.org . Проверено 18 ноября 2017 г.
  98. ^ Бернштейн, Джереми (2001). Урановый клуб Гитлера: секретные записи в Фарм-холле. Нью-Йорк: Коперник. п. 281. ИСБН 978-0-387-95089-1.
  99. ^ Исааксон, Уолтер (2007). Эйнштейн: Его жизнь и Вселенная . Саймон и Шустер. ISBN 978-0743264747.
  100. ^ «Об Энрико Ферми». Библиотека Чикагского университета: цифровая деятельность и коллекции . Путеводитель по коллекции Энрико Ферми, Центр исследования специальных коллекций, Библиотека Чикагского университета. Архивировано из оригинала 26 ноября 2012 года . Проверено 24 ноября 2017 г.
  101. ^ «Ферми в Колумбии: Манхэттенский проект и первый ядерный реактор». Физический факультет Колумбийского университета . Архивировано из оригинала 29 октября 2017 года . Проверено 24 ноября 2017 г.
  102. ^ Родос, Ричард (1986). Создание атомной бомбы . Нью-Йорк: Саймон и Шустер. ISBN 978-0-671-44133-3.
  103. ^ Гелл-Манн, М. (1964). «Схематическая модель барионов и мезонов». Письма по физике . 8 (3): 214–215. Бибкод : 1964PhL.....8..214G. дои : 10.1016/S0031-9163(64)92001-3.
  104. ^ Цвейг, Г. (1964). «Модель SU (3) для симметрии сильного взаимодействия и ее нарушения» (PDF) . Отчет ЦЕРН № 8182/TH.401 .
  105. ^ Цвейг, Г. (1964). «Модель SU (3) для симметрии сильного взаимодействия и ее нарушения: II» (PDF) . Отчет ЦЕРН № 8419/TH.412 .
  106. ^ Гелл, Ю.; Лихтенберг, Д.Б. (1969). «Кварковая модель и магнитные моменты протона и нейтрона». Иль Нуово Чименто А. Ряд 10. 61 (1): 27–40. Бибкод : 1969NCimA..61...27G. дои : 10.1007/BF02760010. S2CID  123822660.

дальнейшее чтение