查德威克

簡(jiǎn)介

原子是由帶正電荷的原子核和圍繞原子核運(yùn)轉(zhuǎn)的帶負(fù)電荷的電子構(gòu)成。原子的質(zhì)量幾乎全部集中在原子核上。起初，人們認(rèn)為原子核的質(zhì)量（按照盧瑟福和玻爾的原子模型理論）應(yīng)該等于它含有的帶正電荷的質(zhì)子數(shù)?？墒?，一些科學(xué)家在研究中發(fā)現(xiàn)，原子核的正電荷數(shù)與它的質(zhì)量居然不相等！也就是說(shuō)，原子核除去含有帶正電荷的質(zhì)子外，還應(yīng)該含有其他的粒子。那么，那種“其他的粒子”是什么呢？　　解決這一物理難題、發(fā)現(xiàn)那種“其他的粒子”是“中子”的，就是著名的英國(guó)物理學(xué)家詹姆斯·查德威克（James Chadwick, 1891～1974）?！　【驮诓榈峦税l(fā)現(xiàn)中子的5年前，科學(xué)家玻特和貝克用α粒子轟擊鈹時(shí)，發(fā)現(xiàn)有一種穿透力很強(qiáng)的射線，他們以為是γ射線，未加理會(huì)。韋伯斯特甚至對(duì)這種輻射做過(guò)仔細(xì)鑒定、看到了它的中性性質(zhì)，但對(duì)這種現(xiàn)象難于解釋，因而未再繼續(xù)深入研究。居里夫人的女兒艾倫娜·居里和她的丈夫也曾在“鈹射線”的邊緣徘徊，最終還是與中子失之交臂?！　〔榈峦?891年出生在英國(guó)柴郡，曼徹斯特維多利亞大學(xué)畢業(yè)。中學(xué)時(shí)代并未顯現(xiàn)出過(guò)人天賦。他沉默寡言，成績(jī)平平，但堅(jiān)持自己的信條：會(huì)做則必須做對(duì)，一絲不茍；不會(huì)做又沒弄懂，絕不下筆。因此他有時(shí)不能按期完成物理作業(yè)。而正是他這種不騖虛榮、實(shí)事求是、“駑馬十駕，功在不舍”的精神，使他在科學(xué)研究事業(yè)中受益一生?！　∵M(jìn)入大學(xué)的查德威克，迅即由于基礎(chǔ)知識(shí)的扎實(shí)而在物理研究方面嶄露超群才華。他被著名科學(xué)家盧瑟福看中，畢業(yè)后留在曼徹斯特大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室，在盧瑟福指導(dǎo)下從事放射性研究。兩年后，由于他的“α射線穿過(guò)金屬箔時(shí)發(fā)生偏離”的成功實(shí)驗(yàn)，獲英國(guó)國(guó)家獎(jiǎng)學(xué)金。　　正當(dāng)他的科研事業(yè)初露曙光之際，第一次世界大戰(zhàn)把他投入了平民俘虜營(yíng)，直到戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)束，他才獲得自由，重返科研崗位。1923年，他因原子核帶電量的測(cè)量和研究取得出色成果，被提升為劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室副主任，與主任盧瑟福共同從事粒子研究?！　?931年，約里奧·居里夫婦——居里夫人的女兒和女婿公布了他們關(guān)于石蠟在“鈹射線”照射下產(chǎn)生大量質(zhì)子的新發(fā)現(xiàn)。查德威克立刻意識(shí)到，這種射線很可能就是由中性粒子組成的，這種中性粒子就是解開原子核正電荷與它質(zhì)量不相等之謎的鑰匙！　　查德威克立刻著手研究約里奧·居里夫婦做過(guò)的實(shí)驗(yàn)，用云室測(cè)定這種粒子的質(zhì)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，這種粒子的質(zhì)量和質(zhì)子一樣，而且不帶電荷。他稱這種粒子為“中子”。

物理學(xué)影響

中子就這樣被他發(fā)現(xiàn)了。他解決了理論物理學(xué)家在原子研究中遇到的難題，完成了原子物理研究上的一項(xiàng)突破性進(jìn)展。后來(lái)，意大利物理學(xué)家費(fèi)米用中子作“炮彈”轟擊鈾原子核，發(fā)現(xiàn)了核裂變和裂變中的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，開創(chuàng)了人類利用原子能的新時(shí)代。查德威克因發(fā)現(xiàn)中子的杰出貢獻(xiàn)，獲得1935年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

相關(guān)實(shí)驗(yàn)

1914年，他就首先發(fā)現(xiàn)?射線具有連續(xù)能譜。1920年，他通過(guò)鉑、銀、銅核與粒子的散射直接測(cè)出了原子核的電荷，從而證實(shí)了盧瑟福的原子理論。1921～1924年，他協(xié)助盧瑟福做了大量實(shí)驗(yàn)：從硼到鉀的粒子轟擊試驗(yàn)。證明除C與O外，其他元素的核俘獲一個(gè)α粒子后都能放出一個(gè)質(zhì)子并轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)一號(hào)元素。查德威克的最大貢獻(xiàn)是發(fā)現(xiàn)中子。當(dāng)時(shí)，人們正在研究金屬假在α粒子轟擊下產(chǎn)生的貫穿性極強(qiáng)的次級(jí)輻射，以為這，是一種硬y射線。例如約里奧－居里夫婦用搶種次級(jí)輻射去轟擊石蠟，打出的竟是能量約為5MeV的質(zhì)子。按照康普頓散射公式計(jì)算，入射的次級(jí)輻射流（他們以為是y光子）能量至少要有50MeV。查德威克打破了前人的思路，根據(jù)盧瑟福1920年提出的原子中可能存在中性粒子的假設(shè)，輕易地解釋了約里奧一居里的實(shí)驗(yàn)，即被次級(jí)輻射是能量為5MeV的中子。他還把實(shí)驗(yàn)的轟擊對(duì)象由石蠟推廣到氫、氦、氮、氫等氣體，并計(jì)算出從這些氣體打出的反沖核的能量，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)符合得很好。1932年，他在《皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)》上以《中子的存在》為題寫成了論文?！　≈凶拥陌l(fā)現(xiàn)既從實(shí)驗(yàn)方面導(dǎo)致了中子核反應(yīng)、核裂變等現(xiàn)象的研究、導(dǎo)致了核能利用的新時(shí)代，同時(shí)又從理論上導(dǎo)致了核結(jié)構(gòu)與核力的研克并且解釋了為什么許多化學(xué)元素會(huì)有不同原子質(zhì)量的許多“同位素”存在。由此逐漸建立與發(fā)展了中子物理學(xué)這一分支。