質子、中子和電子的發現史?居裡夫人差點就能獲得三次諾貝爾獎!

2020-12-01 艾伯史密斯

三個都是英國的科學家發現的,他們是分別是:盧瑟福、查德威克和湯姆森,在1918年、1932年和1897年發現。

一、電子

電子是最先被發現的基本粒子,由英國科學家約瑟夫·約翰·湯姆森在1897年發現,並因此獲得1906年諾貝爾物理學獎。

J·J·湯姆森在研究陰極射線實驗時,採用了與之前其他人實驗完全不同的方式,之前別人都是觀察陰極射線在磁場中的偏轉。

而他採用強電場,去研究陰極射線在電場中的偏轉,從而第一個發現了電偏轉現象,然後他根據陰極射線偏轉角和電場的強度,計算了電子的質荷比,成為第一個發現電子的人。

有趣的是:J·J·湯姆森證明「電子是粒子」,獲得1906年的諾貝爾物理學獎;而他的兒子G·P·湯姆森證明了「電子是波」,獲得了1937年的諾貝爾物理學獎。

二、質子

英國物理學家盧瑟福,是質子的第一發現者。在1918年,盧瑟福用α粒子,去轟擊氮原子時,記錄到了「氫核」逸出的現象。

於是盧瑟福意識到,氮原子中,有可能含有「氫核」,然後把這個粒子命名為質子(proton),同時預言了中子的存在。

盧瑟福並沒有因此獲得物理學諾貝爾獎,但是他在1908年,獲得過諾貝爾化學獎。

盧瑟福的偉大不僅在科學研究上,盧瑟福還是一位非常偉大的教育家,在他門下獲得諾貝爾獎的學生和助手就有近十個。

比如:著名的量子力學創始人波爾、中子的發現者查德威克、電子波動性的證明者G·P·湯姆森、正電子的發現者布萊克特等等。

現在我們知道,原子核一般由中子和質子構成,所以不得不佩服那一代科學家的遠見。

三、中子

中子因為不帶電,所以實驗發現比較晚,前面我們說到盧瑟福預言了中子的存在,然後過了十多年,到1932年,中子才被查德威克。

中子和質子一樣,都由三個夸克組成,但是中子內的上下夸克相互抵消,所以不顯電性。

中子的發現具有傳奇性,早在1930年,德國科學家發現α粒子轟擊鈹時,會有一種穿透力極強的射線逸出,經過研究,他們認為這是高能γ射線,從而錯失中子的發現。

然後在1932年,偉大的法國科學家居裡夫人,利用更高精度的實驗設備,也進行了類似的實驗,並精確計算了射線能量,但是居裡夫婦錯誤地認為這是質子和光子的康普頓效應,並發表了錯誤的論文,從而錯失諾貝爾獎,不然居裡夫人很有可能再獲得一次諾貝爾獎。

同年,居裡夫人的論文傳到英國,英國科學家查德威克和他的老師盧瑟福,都得知了這一結果,盧瑟福在十年前就預言了中子的存在,一直找不到驗證實驗。

看到居裡夫人的數據後,意識到居裡夫人的實驗中,那麼高能量的射線不可能光子碰撞的結果,極有可能就是他預言的中子。

於是查德威克進行了一樣的實驗,以中子假設為模型,解釋了α粒子轟擊實驗中的因果,並得到他老師預言的中子,成為第一個實驗驗證中子的人,因此獲得1935年諾貝爾物理學獎。

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