144 года со дня рождения Резерфорда

TOa hp4jrPo1

30 августа 1871 года родился будущий «отец ядерной физики» Эрнест Резерфорд.

Шотландец по происхождению, Резерфорд родился в Новой Зеландии в семье фермера, который, по его собственным словам, «иммигрировал сюда [из Шотландии], чтобы вырастить немного льна и кучу детей». В школе молодой Эрнест был очень успешен, точно так же и в колледже. В 24 года он получил престижную стипендию и смог продолжить обучение в аспирантуре в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета под руководством Джозефа Джона Томсона. С этого и началась его научная карьера.

Резерфорд по прибытии в Англию планировал заниматься передачей и детектированием радиоволн, или волн Герца, как их тогда называли. Однако из-за бюрократических проблем со стипендией он был вынужден присоединиться к работам Томсона по исследованию рентгеновских лучей. Резерфорд был в команде ученых, открывших электрон путем облучения газов рентгеновским излучением. Эту работу Томсон представил в 1897 году. Открытие электрона дало возможность создания модели атома, которую Томсон назвал моделью «сливового пудинга». Согласно этой модели, атом представлял собой массивное образование, заряженное положительно, в которое были вкраплены отрицательно заряженные электроны. Примечательно, что в дальнейшем именно Резерфорду предстояло опровергнуть эту модель.

Сам же Резерфорд вскоре, в 1898 году, покинул лабораторию Томсона и перебрался в Канаду. Там он занимался изучением радиоактивности, проникнувшись успехом работ Беккереля, и уже в 1899 открыл два вида радиоактивности, которым дал названия альфа- и бета-излучения. Через год Поль Вийяр открыл третий тип лучей, которые, продолжая нотацию Резерфорда, назвали гамма-излучением.

Резерфорд продолжил заниматься радиоактивностью, и совместно с Гансом Гейгером создал сцинтилляционный экран для обнаружения рассеянных альфа-частиц. В конце 1907 года вместе с Томасом Ройдсом он провел эксперимент по бомбардировке газоразрядной трубки через небольшой окошечко. При этом происходило измерение спектра разрядов. После накопления альфа-частиц в трубке спектр стал представлять собой практически чистый спектр гелия. Таким образом было установлено, что альфа-частицы — это ядра гелия.

Свой самый знаменитый эксперимент Резерфорд провел в 1909 году, уже после того, как был удостоен Нобелевской премии «за исследование распада элементов и химии радиоактивных веществ». Вместе с Гейгером и Эрнестом Марсденом он поставил эксперимент по бомбардировке золотой фольги альфа-излучением. Если бы атом был устроен в рамках модели «сливового пудинга», то альфа-частицы должны были бы проходить сквозь него и практически не рассеиваться, так как заряд атома был бы везде практически равномерно нулевым. Резерфорд же предложил в эксперименте поискать альфа-частицы, рассеивающиеся под малыми и под очень большими углами (вблизи нуля и вблизи 180 градусов).

Такое рассеяние в самом деле было обнаружено, причем оно шло вразрез с любыми теориями строения вещества, имевшимися на тот момент. В результате интерпретации экспериментальных данных Резерфорд в 1911 году сформулировал планетарную теорию строения атома, согласно которой в центре атома находилось очень массивное положительно заряженное ядро, размер которого был по меньшей мере в 3000 раз меньше, чем размер атома. Вокруг ядра должны вращаться электроны. Резерфорд тогда еще не знал о дискретности заряда ядра, но предполагал, что заряд ядра пропорционален атомной массе.

Планетарная модель атома наделала много шума, так как не укладывалась в представления классической ньютоновской механики: если электроны вращаются вокруг ядра, то значит, что они двигаются ускоренно. По этой причине они должны испускать электромагнитные волны, терять энергию и рано или поздно падать на ядро, однако, очевидно, что этого не происходит. Создание Бором его постулатов позволило предположить, что поведение атома описывается какой-то новой физикой. Создание квантовой механики окончательно сняло все эти противоречия.

Резерфорду также принадлежит приоритет открытия протона. В 1920 году он предположил, что ядро водорода, поскольку оно являлось самым легким из всех известных в то время, есть фундаментальная частица, из которой состоят ядра всех прочих элементов. И он оказался совершенно прав. Также его ученику Джеймсу Чедвику — будущему Нобелевскому лауреату 1935 года — принадлежит честь открытия нейтронов. Суммируя, можно сказать, что Резерфорд прямо или косвенно поучаствовал в открытии электрона, протона, нейтрона, альфа- и бета-излучения, а также первым сформулировал принятую сегодня модель строения атома. Именно по этим причинам он и известен как «отец ядерной физики».

Резерфорд за свою карьеру вырастил как минимум двух нобелевских лауреатов: Чедвика и Фредерика Содди, который получил премию еще в 1921 году. В 1914 году Резерфорд был удостоен рыцарского титула и стал именоваться пэр Англии Барон Эрнест Резерфорд Нельсон. Рисунок его герба состоит из двух экспонент и птицы киви на их фоне — символа Новой Зеландии. Из не перечисленных еще открытий ему принадлежат первая трансмутация химических элементов (азот-14 в кислород-17), открытие периода полураспада ядра и еще ряд других работ, менее значимых на фоне его грандиозных подвигов в ядерной физике. Резерфорд умер в возрасте 66 лет от грыжи и был похоронен в Вестминстерском аббатстве рядом с могилами Ньютона, Дарвина и Фарадея.