Ғылымдағы жасырын бөлшек: нейтронды қалай анықтады?
Ғылым тарихында кейбір жаңалықтар адамзаттың әлем туралы түсінігін түбегейлі өзгертті. Солардың бірі — нейтрал бөлшектердің бар екенін дәлелдеу. Бүгін біз физика әлеміне бір сәт көз жүгіртіп, осы жұмбақ бөлшек — нейтронды қалай табады деген сұрақтың жауабын іздейміз.
Ерте кезеңдегі түсініктер
XX ғасырдың басына дейін ғалымдар атомдар тек протондар мен электрондардан тұрады деп есептеді. Бұл қарапайым құрылым кейбір құбылыстарды түсіндіруге жетіп тұрды. Бірақ зерттеулер тереңдеген сайын атом ядросындағы кейбір түсініксіз жайттар ашыла бастады.
Изотоптар құбылысы осы түсініктердің бірі болды. Белгілі бір химиялық элементтің массалық саны әртүрлі болып келетін бірнеше түрі болатыны анықталды. Мысалы, сутектің кәдімгі атомы бір протоннан тұрады, ал дейтерий деп аталатын изотопы бір протон мен бір басқа массасы бар бөлшекті иеленеді. Бұл қосымша массаның қайдан шыққаны белгісіз еді.
Тәжірибелік ізденістер
1920 жылдары ағылшын физигі Эрнест Резерфорд бұл жұмбақты шешуге тырысты. Ол ядроның құрамында тағы бір бейтарап бөлшек болуы мүмкін екенін болжады. Алайда оны дәлелдейтін нақты дерек жоқ еді.
Бірақ 1930 жылы неміс ғалымдары Вальтер Ботэ мен Герберт Беккер бериллий элементін альфа-бөлшектермен (гелий ядросы) атқылап, өте қуатты, бейтарап сәулеленуді байқады. Олар бұл сәулеленуді гамма-сәуле деп ойлады. Бірақ ол күткеннен әлдеқайда тереңірек әсер көрсетті — ол парафин сияқты жеңіл элементтерді соққанда, олардан жоғары энергиялы протондар ұшып шықты.
Жетістікке апарған тәжірибе
1932 жылы ағылшын физигі Джеймс Чедвик бұл құбылысты тереңірек зерттей бастады. Ол бериллийге альфа-бөлшектер жіберіп, нәтижесінде пайда болған сәулеленудің сутегі атомының протондарына әсерін бақылады. Бұл сәулелер протондарды қатты соқты. Егер сәуле тек фотон болса, онда ол мұндай соққы жасай алмас еді.
Чедвик қатаң есептеулер жүргізе отырып, бұл бейтарап бөлшектің массасы протонмен шамалас екенін көрсетті. Ол жаңа бөлшекті “нейтрон” деп атады. Осылайша, ядро құрамындағы үшінші негізгі бөлшек ресми түрде ашылды.
Ғылыми маңызы
Нейтронды анықтау тек теориялық жетістік қана емес, ядролық физиканың дамуына зор серпін берді. Бұл ашылымның арқасында:
- Ядролық реакциялар мен тізбекті процестерді түсіну жеңілдеді.
- Атом бомбасының дамуына жол ашылды (жағымсыз жағы).
- Ядролық энергетика мен медицинада қолданылатын реакторлар жасалды.
- Ауыр элементтердің пайда болу процесі туралы жаңа теориялар дамыды.
Нейтронмен жұмыс істеу
Нейтрон — зарядсыз болғандықтан, оны электр немесе магнит өрістерімен басқару мүмкін емес. Бірақ ол атом ядросымен өзара әрекеттескенде маңызды әсер етеді. Ғалымдар бұл қасиетті пайдаланып, нейтрондармен шашырау тәжірибелерін жүргізеді. Осы арқылы заттардың құрылымын зерттейді.
Сонымен қатар, нейтрон детекторлары арқылы бөлшектердің пайда болу сәті мен бағыты тіркеледі. Мұндай құрылғылар жоғары энергия физикасы, ядролық қауіпсіздік және астрофизикада кеңінен қолданылады.
