Відкриття протона і нейтрона

Після того, як було відкрито, що речовини складаються з молекул, а ті в свою чергу - з атомів, перед вченими-фізиками постало нове питання. Необхідно було встановити структуру атомів - з чого ж складаються вони. За рішення цього непростого завдання взялися Е. Резерфорд і його учні. Відкриття протона і нейтрона ними відбулося на початку минулого століття

У Е. Резерфорда вже були припущення щодо того, що атом складається з ядра і обертаються навколо нього на величезній швидкості електронів. Але з чого складається ядро атома, було не зовсім зрозуміло. Е. Резерфорд запропонував гіпотезу про те, що у складі атомного ядра будь-якого хімічного елемента має бути ядро атома водню.

Ця гіпотеза пізніше була доведена серією експериментів, в результаті яких було скоєно відкриття протона. Суть експериментальних дослідів Е. Резерфорда полягала в тому, що атоми азоту піддавалися бомбардуванню альфа-випромінюванням, за допомогою якого деякі частинки вибивалися з атомного ядра азоту.

Цей процес фіксувався на світлочутливої плівці. Однак світіння було таким слабким, а чутливість плівки була також невелика, тому Е. Резерфорд запропонував своїм учням, перш ніж приступати до досвіду, кілька годин поспіль перебувати в темній кімнаті, щоб очі могли розглянути ледь помітні світлові сигнали.

У цьому експерименті по характерних світловим слідах було визначено, що частинки, які були вибиті, були ядрами атомів водню і кисню. Гіпотеза Е. Резерфорда, яка привела його до того, що було скоєно відкриття протона, знайшла своє блискуче підтвердження.

Цю частку Е. Резерфорд запропонував назвати протоном (у перекладі з грецької мови «протос» означає перший). При цьому треба розуміти це так, що атомне ядро водню має таку структуру, що в ній присутній тільки один протон. Так було скоєно відкриття протона.

Електричний заряд він має позитивний. При цьому кількісно він дорівнює заряду електрона, тільки знак має протилежний. Тобто, виходить, що протон і електрон як би один одного врівноважують. Тому всі предмети, оскільки вони складаються з атомів, спочатку не заряджені, а електричний заряд вони отримують тоді, коли на них починає діяти електричне поле. У структурі атомних ядер різних хімічних елементів може перебувати більшу кількість протонів, ніж в атомному ядрі водню.

Після того, як було скоєно відкриття протона, вчені почали розуміти, що ядро атома хімічного елемента складається не тільки з протонів, так як, проводячи фізичні експерименти з ядрами атома берилію, виявили, що маса протонів в ядрі становила чотири одиниці, в той час як в цілому маса ядра - дев'ять одиниць. Логічно було припустити, що ще п'ять одиниць маси належить якимсь невідомим часткам, які не мають електричного заряду, тому що в противному випадку електронно-протонний баланс був би порушений.

Джеймс Чедвік, учень Е. Резерфорда, провів експерименти і зміг виявити елементарні частинки, які вилітали з атомного ядра берилію, коли їх бомбардували альфа-випромінюванням. З'ясувалося, що вони не мають ніякого електричного заряду. Виявлено була відсутність заряду внаслідок того, що ці частинки не реагували на електромагнітне поле. Тоді стало зрозуміло, що виявлений відсутній елемент структури атомного ядра.

Цю відкриту Д. Чедвіком частинку назвали нейтроном. З'ясувалося, що він має таку ж масу, як у протона, але, як уже було сказано, не має ніякого електричного заряду.

Крім того, було підтверджено експериментально, що кількість протонів і нейтронів одно порядковому номеру хімічного елемента в періодичній системі.

У Всесвіті можна спостерігати такі об'єкти, як нейтронні зірки, які є нерідко кінцевим етапом еволюції зірок. Такі нейтронні зірки відрізняються дуже високою щільністю.