МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ МАС МІКРОЧАСТОК

Рис. 3. Установка для дослідження залежності маси електрона від швидкості..

7. Відкриття нейтрона і визначення його маси

На початку XX ст. були відомі лише дві елементарні частки електрон і протон і лише дві їх основні характеристики електричний заряд і маса.

В відповідності із цим представленням про склад речовини в 1911 р. Ернестом Резерфордом (1871-1937 рр.) була запропонована модель атома у вигляді важкого позитивно зарядженого ядра, навколо якого обертаються негативно заряджені електрони. При цьому говорили, що ядра атомів складаються з протонів і нейтронів.

Самий легкий з елементів - водень - має атомну вагу рівну одиниці, а електричний заряд його ядра рівний +1. Ядро атома водню складається з одного протону, навколо якого обертається один електрон. Згідно з моделлю Резерфорда, більш важкі атоми мають ядра, які складаються з декількох протонів і нейтронів, а біля ядер обертається група електронів.

Ще в 1900 р. Максом Планком (1858-1947 рр.) в науку було введено поняття про дискретність енергії. Твердження про те, що будь-яка система при будь-яких процесах може поглинати і віддавати енергію не неперервно, а лише окремими порціями, квантами, знайшло дослідне підтвердження.

В 1913 р. Нільс Бор (1885-1962 рр.) розробив нову модель атома. При цьому, в відповідності з думками Планка, він постулював, що момент обертання електронів навколо ядра не довільний, а обов'язково рівний цілому кратному деякої величини h, тобто 1h, 2h або взагалі nh. Постійна Планка h=(6,6281690,000028)1034 Джс є мінімальною порцією дії. З цього положення звичайно слідує, що електрони можуть обертатися навколо ядра не по довільних, а лише по визначених - стаціонарних орбітах.

Модель Бора була дуже плодовита, з її допомогою вдалося пояснити деякі важливі закономірності мікросвіту, частково визначити довжини хвиль, що випромінюються атомами.

Успіх моделі атому Бора був великим, але не повним. Число електронних ліній, що спостерігались на досліді, в окремих випадках було більшим того, яке випливає з цієї моделі. Там, де згідно з теорією Бора повинна бути одна лінія, іноді їх було дві або три. Особливо великі і непереборні труднощі виникли при спробах пояснити з допомогою моделі атома Бора вплив на світло магнітного поля.

Можна було очікувати, що розщеплення спектральних ліній в магнітному полі відсутнє в відповідності з числом можливих орієнтацій орбітального магнітного моменту. Дійсно, такий ефект спостерігається і носить назву нормального ефекту Зеємана. Однак в деяких випадках поряд з цим спостерігається розщеплення на більше число ліній, яке називають аномальним ефектом Зеємана.

Аномальний ефект Зеємана одержав пояснення з допомогою уявлень про магнітний момент і спін електрона. Справді, так як в магнітному полі електрони переорієнтовуються, то на це потрібна деяка додаткова енергія. Таким чином, утворюються додаткові рівні енергії і при випромінюванні квантів світла в магнітному полі одержується більше число спектральних ліній, ніж без нього.

В 1930 році Боте і Беккер знайшли, що при опроміненні -частками легкого металу берилію виникає сильно проникливе випромінювання. Поставивши на шляху такого випромінювання товсту металеву пластинку, вчені легко встановили, що це не електрони і не протони, так як ці частки поглинаються в тонкому шарі металу. Залишалося допустити, що це -випромінювання, так як інших іонізуючих випромінювань тоді ще не було відомо. Невідоме випромінювання, проходячи через свинцеву пластинку товщиною 5 см, послаблювалось вдвоє. Звідси випливало, що якщо це -випромінювання, то воно повинно мати енергію 5 МеВ.

Трудність була вирішена Чедвіком, який зрозумів, що невідоме випромінювання представляє собою потік часток, які мають масу приблизно таку ж, як і протони і не мають електричного заряду. Вони були названі нейтронами.

За даними, які одержали до 1972 року маса спокою нейтрона mn=(1,67495750,0000087)10-27 кг або 1,008665200,00000010 а. о. м. Спін нейтрона, так як і протона, був рівним