Otkriće neutrona i sastav jezgre
Rutherford je svojim znamenitim eksperimentom s propuštanjem α-čestica kroz tanki listić zlata utvrdio da je masa atoma koncentrirana u jednom njegovom malenom dijeliću, oko 20 000 puta manjem od atoma. Tako je 1911. godine otkrivena atomska jezgra.
Do 1920. godine otkriven je niz izotopa, a utvrđeno je da
- njihove mase odgovaraju otprilike cjelobrojnom umnošku mase atoma vodika
- atomski brojevi odgovaraju izmjerenom naboju jezgre.
Na temelju toga se u to doba atom doživljavao kao kombinacija protona i elektrona, jedinih tada poznatih elementarnih čestica. Ipak, znanstvenici su bili svjesni nekolicine kontradiktornih eksperimentalnih i teorijskih rezultata.
1932. godine James Chadwick otkriva neutron. Bila je to nova elementarna čestica, koja nije nabijena te je različita od protona i elektrona (od kojega je i znatno masivnija).
Chadwickov eksperiment, kojim je otkriven neutron. Polonij je izvor α-čestica, koje se usmjeravaju na berilijevu metu. Rezultat je zračenje bez električkog naboja, ali to zračenje se nedvojbeno sastoji od čestica, jer udaranjem u parafin (ugljikovodik, pa stoga i bogat izvor vodikovih jezgara, tj. protona) dobivamo snop protona.
Otkriće neutrona je izazvalo priličnu pozornost tadašnje akademske zajednice. Priroda te novootkrivene čestice bila je središnja tema 7. Solvayske konferencije, održane u listopadu 1933., a na njoj su sudjelovala najveća imena tadašnje fizike: Albert Einstein, Werner Heisenberg, Niels Bohr, Ernest Rutherford, Lise Meitner, Otto Hahn, Ernest Lawrence, Enrico Fermi i mnogi drugi.
Glavno pitanje je bilo je li neutron prava elementarna čestica ili nekakav kompozit protona i elektrona. Na to pitanje je trebala dati konačni odgovor masa neutrona, što je bio prilično zahtjevan problem, kojeg je Chadwick ipak uspješno riješio zajedno sa svojim doktorandom Mauriceom Goldhaberom. Utvrđeno je da je masa nove čestice prevelika da bi neutron bio kompozit protona i elektrona. Prema tome, nedvojbeno se radi o elementarnoj čestici, a Chadwick i Goldhaber su predvidjeli (što je kasnije i potvrđeno) da je slobodni neutron nestabilan i raspada se na proton, elektron i neutrino.
Odmah nakon otkrića neutrona, već 1932. i 1933, dakle i prije razrješenja njegove prirode, Werner Heisenberg i Dmitrij Ivanenko njega "ugrađuju" u atomsku jezgru, čime razjašnjavaju sve tada prisutne nedoumice vezane uz temu strukture jezgre. Taj protonsko-neutronski model jezgre vrijedi i danas.
Glavno pitanje je bilo je li neutron prava elementarna čestica ili nekakav kompozit protona i elektrona.
Na to pitanje je trebala dati konačni odgovor masa neutrona.
To je bio prilično zahtjevan problem, kojeg je Chadwick ipak uspješno riješio zajedno sa svojim doktorandom Mauriceom Goldhaberom.
Utvrđeno je da je masa nove čestice prevelika da bi neutron bio kompozit protona i elektrona.
Prema tome, nedvojbeno se radi o elementarnoj čestici.
Chadwick i Goldhaber su predvidjeli (što je kasnije i potvrđeno) da je slobodni neutron nestabilan
i raspada se na proton, elektron i neutrino.
Odmah nakon otkrića neutrona, već 1932. i 1933.,Werner Heisenberg i Dmitrij Ivanenko njega "ugrađuju" u atomsku jezgru.
Time razjašnjavaju sve tada prisutne nedoumice vezane uz temu strukture jezgre.
Taj protonsko-neutronski model jezgre vrijedi i danas.