聊粒子-中子的发现

17 1月

卢瑟福发现质子后,还预言了原子核内有个不带电的粒子,叫中子。于是全世界的实验室都在找中子,谁第一个找到,几乎肯定就能拿诺贝尔奖。

首先是德国柏林国家物理工程研究所,量子力学大师普朗克的学生的瓦尔特.博特(1891-1957)1954年的诺贝尔物理学奖得主。

1930年瓦尔特.博特用α粒子轰击元素铍,就是元素周期表里“氢氦锂铍硼”中的铍。按预想,肯定会有质子被轰出来,结果被轰出来的是一种穿透性很强的不带电的射线,这种射线可以穿透几厘米厚的铜板。其实就是中子束,但瓦尔特.博特猜测是某种高能的γ射线,起名“铍射线”,遗憾地与发现中子擦肩而过。

瓦尔特.博特的成果传到了法国巴黎的镭研究所,小居里夫妇就开始研究“铍射线”究竟是什么。

因为“铍射线”太快,检测性质不方便,所以小居里夫妇第一件事就是将射线的速度降下来。方法也比较简单粗暴,就是在射线和检测器间档一块石蜡。射线通过石蜡遇阻,被石蜡吸收掉部分能量,再进入检测器速度就慢下来了。

但结果出人预料,射线通过石蜡后速度不但没有变慢,反而更快了。

这就不合常理了,就好比子弹飞行途中遇到隔板,子弹速度理应降低,结果子弹遇到隔板,速度变的更快了。唯一的解释就是“铍射线”射到石蜡上,将石蜡中的粒子轰击出来了,所以后面速度更快的不是“铍射线”,而是石蜡中被轰击出来的粒子。

经检测器数据分析,果然如此。

“铍射线”将石蜡中的质子轰击出来了。现在我们知道,所谓的“铍射线”就是中子束,中子质量和质子差不多,当然能将质子轰击出来。但小居里夫妇和瓦尔特.博特一样,硬是没想到这就是卢瑟福预言的中子,仍旧猜测“铍射线”应该是一种未知的高能γ射线。

1932年小居里夫妇发表了自己的研究成果,遗憾地与发现中子擦肩而过。不过小居里夫妇在1933年因为发现人工放射性,在1935年获得诺贝尔化学奖

最终瓦尔特.博特和小居里夫妇的文章传到了英国,被查德威克(1891-1997)看到了。

查德威克在曼彻斯特大学本来是学数学的,有次听了卢瑟福的物理课,觉得物理更有意思,就转了专业跟着卢瑟福搞物理。卢瑟福预言了中子后,卡文迪许实验室也在找中子。

查德威克就认为“铍射线”一定不是什么γ射线,因为γ射线是一种电磁波,静质量为0,怎么可能将质子打出来。如果将质子比喻成地球,电磁波就像一块小石头,小石头往地上一扔,将地球轰出去怎么可能呢。能将地球轰出去,只能是和地球质量差不多的火星,火星撞地球倒还有点可能。

和质子质量差不多,而且不带电,可不就是老师卢瑟福预言的中子么。

于是1932年查德威克在小居里夫妇公布结果的一个月后,就发表论文宣布发现了中子,获得了1935年的诺贝尔物理学奖

顺便提一下,瓦尔特.博特发表的“铍射线”的文章后,我国的王淦昌先生(1907-1998)也看到了。王淦昌先生就认为一定不是什么γ射线,γ射线不应该有如此高的能量,能穿透几厘米厚的铜板。

王淦昌先生就向导师奥地利著名女物理学家莉泽.迈特纳(1878-1968)建议用云室来分析“铍射线”的性质,看看究竟是什么。但两次申请导师迈特纳都没同意,结果查德威克正是用云室发现了中子。导师迈特纳听说后也是追悔莫及,和王淦昌说:“我们运气不好啊”。王淦昌先生也遗憾地与发现中子擦肩而过。

所以跟对导师很重要(只是个玩笑)。莉泽.迈特纳很伟大,是第一个理论解释了核裂变的人,科学发现有时候真的看运气。

王淦昌先生日后提出了K层电子俘获为发现中微子做出了杰出的贡献,同时也是我国两弹一星元勋。2000年中国物理学会为纪念老一辈物理学大师,为一批大师命名物理学奖,其中王淦昌物理学奖针对粒子物理和惯性约束核聚变方面。

向这些伟大的科学家们致敬!

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