Geiger-Marsden kísérlet

A Geiger-Marsden- kísérlet  vagy a Rutherford-kísérlet [1] [K 1] [2] egy Rutherford  által kezdeményezett kísérletsorozat , amelyet Hans Geiger és Ernst Marsden 1909 és 1913 között végeztek, és amelyek a bolygómodell döntő bizonyítékaként szolgáltak. az atomról . Azt találták , hogy az alfa-részecskék nagy szögben elhajlottak, miközben áthaladtak vékony aranyfólián. A 8000 alfa-részecske közül csak egy volt szórva 90°-nál nagyobb szögben. Néha megfigyelték az alfa-részecskék visszaszóródását (amely 180°-nak felel meg). Az atom akkoriban domináns Thomson-modellje nem tudta megmagyarázni e kísérletek paradox eredményeit, mivel a nagy szögben történő szórás valószínűsége ebben a modellben 10-3500 nagyságrendű volt [3] .

Az alfa-részecskék nagy szögben történő szóródásának magyarázatára Rutherford 1911-ben megjelent híres cikkében [4] az atom új bolygómodelljét javasolta , amelyben az atom szinte teljes tömege egy parányiban koncentrálódik. az atom mérete, szupersűrű mag. A szórási statisztika feldolgozásának eredménye szerint ugyanebben a cikkben számításokat ad az aranyatom magjának méretére vonatkozóan, és eredménye mindössze 20%-kal tér el a mai értéktől .

Az 1913-as utolsó kísérlet nagyon fontos volt a fizika számára, mivel először erősítette meg az atommag létezésére vonatkozó hipotézist, amely Rutherford atombolygómodelljének továbbfejlesztéséhez vezetett .

Háttér

Az atom szerkezetének korábbi elméletei

Rutherford kísérlete idején népszerű atomszerkezeti elmélet volt a " szilvapuding -modell", Thomson atommodellje, bár ő maga nem nevezte így a modelljét [5] . Ezt a modellt Lord Kelvin tervezte és J. J. Thomson fejlesztette tovább . Thomson egy kutató, aki felfedezte az elektront , amely minden atom része. Thomson az atomot pozitív töltésű gömbnek képzelte el, körülötte szétszóródott elektronokkal, kicsit olyan, mint egy mazsola a karácsonyi pudingban [6] . A protonok és neutronok létezése akkor még nem volt ismert. Köztudott, hogy az atomok nagyon aprók (Rutherford szerint sugaruk 10–8 m nagyságrendű [4] ). Ez a modell teljes mértékben a klasszikus (newtoni) fizikán és elektrodinamikán alapul; míg a jelenleg elfogadott modell kvantummechanikát használ [7] .

Thomson modellje még Rutherford kísérletei előtt sem volt általánosan elfogadott. Thomson maga soha nem volt képes koncepciójának teljes és stabil modelljét kidolgozni. Hantaro Nagaoka japán tudós elutasította Thomson modelljét azon az alapon, hogy az ellentétes töltések nem tudnak áthatolni egymáson [8] . Ehelyett azt javasolta, hogy az elektronoknak pozitív töltés körül kell keringniük, mint a gyűrűknek a Szaturnusz körül [9] .

A szilvapuding modell következményei

Az alfa-részecske  szubmikroszkópos, pozitív töltésű anyagrészecske. Thomson modellje szerint, ha egy alfa-részecske ütközne egy atommal, egyszerűen csak egyenesen átrepülne, legfeljebb egy fok töredékével térne el. Atomi léptékben a "szilárd anyag" fogalma elveszti értelmét. A Thomson atom egy pozitív elektromos töltésű gömb, amelyet tömege rögzít a helyére. Így egy alfa-részecske nem pattan vissza az atomról, mint egy labda, hanem áthaladhat, ha az atom elektromos tere elég gyenge ahhoz, hogy ezt lehetővé tegye. Thomson modellje azt jósolta, hogy az atomban lévő elektromos mezők túl gyengék ahhoz, hogy erőteljesen befolyásolják a nagy sebességgel átrepülő alfa-részecskéket. A Thomson-atomon belüli negatív és pozitív töltések is eloszlanak az atom térfogatában. A Coulomb-törvény szerint minél kevésbé koncentrált az elektromos töltésgömb, annál gyengébb lesz az elektromos tér a gömb felületén [10] [11]

Működési példaként vegyünk egy alfa-részecskét, amely érintőlegesen halad át egy aranyatomhoz a Thomson-modellben, ahol a legerősebb elektromos mezőt fogja tapasztalni, és így a θ maximális eltérítését tapasztalja . Mivel az elektronok nagyon könnyűek az alfa-részecskékhez képest, hatásuk elhanyagolható, így az atom pozitív töltésű nehézgömbnek tekinthető [12] .

Q n  az aranyatom pozitív töltése ( 79 e = 1,266⋅10 -17  C ) Q α  az alfa részecske töltése ( 2 e = 3,204⋅10 -19  C ) r  az aranyatom sugara ( 1,44⋅10-10  m ) v α  az alfa részecske sebessége ( 1,53⋅10 7  m/s ) m α  az alfa részecske tömege ( 6,645⋅10-27  kg ) k  - Coulomb-állandó ( 8,998⋅10 9  N m 2 /C 2 )

A klasszikus fizika segítségével egy alfa-részecske keresztirányú impulzusváltozása Δp közelíthető az impulzus és a Coulomb-erő kifejezése közötti kapcsolat segítségével [13] [14] :

Ezért kis szögekben

A fenti számítás csak egy közelítés az egész folyamatra vonatkozóan, hogy mi történik, amikor egy alfa-részecske megközelíti a Thomson-atomot, de az elhajlásra a pontos válasz a legjobb esetben is a fok töredékének nagyságrendje. Ha egy alfa-részecske átmenne egy körülbelül 0,4 mikrométer (2410 atom) vastagságú aranyfólián , és ugyanabban az irányban a maximális elhajlást tapasztalná (ez nem valószínű), akkor az elhajlás még mindig kicsi [4] .

A kísérletek eredményei

Rutherford utasítására Geiger és Marsden kísérletsorozatot hajtottak végre, amelyben alfa-részecskék sugarát irányították egy vékony fémfóliára, és fluoreszcens képernyővel megmérték a szórásdiagramot . Észrevették, hogy az alfa-részecskék minden irányban visszapattannak a fémfóliáról, néhányan egyenesen a forrás irányába. Thomson modellje szerint ennek lehetetlennek kellett volna lennie; minden alfa-részecskének át kellett jutnia. Nyilvánvaló, hogy ezek a részecskék sokkal nagyobb elektrosztatikus erővel ütköztek, mint amit Thomson modellje javasolt. Ráadásul az alfa-részecskéknek csak egy kis része térült el 90°-nál nagyobb mértékben. A részecskék nagy része kis elhajlással egyenesen átrepült a fólián [15] .

Ennek a furcsa eredménynek a magyarázatára Rutherford azt javasolta, hogy az atom pozitív töltése egy apró magban összpontosul a központjában. Ez viszont azt jelentette, hogy az atom térfogatának nagy része üres tér [16] .

Egy kísérletsorozat története

Ernest Rutherford a Manchesteri Victoria Egyetem [17] (ma Manchesteri Egyetem) fizikaprofesszora volt . A sugárzással kapcsolatos kutatásaiért már számos díjat kapott. Rutherford felfedezte az alfa- , béta- és gamma-sugarak létezését, és bebizonyította, hogy ezek az atomok bomlásának az eredménye . 1906-ban egy Hans Geiger nevű német fizikus meglátogatta , és Rutherford annyira lenyűgözte, hogy megkérte Geigert, maradjon és segítse a kutatásában. Ernest Marsden fizikus hallgató volt, aki Geigernél tanult [18] .

Az alfa - részecskék  apró pozitív töltésű részecskék , amelyeket bizonyos anyagok , például az urán és a rádium spontán bocsátanak ki . Rutherford fedezte fel őket 1899-ben. 1908-ban megpróbálta pontosan megmérni számukra a töltés-tömeg arányt ( az elektron fajlagos töltése ). Ehhez először azt kellett tudnia, hogy a rádiummintája hány alfa-részecskét bocsát ki (ezt követően megmérte a teljes töltésüket, és az egyik értéket elosztotta a másikkal). Az alfa-részecskék túl kicsik ahhoz, hogy mikroszkóppal lássuk őket, de Rutherford tudta, hogy az alfa-részecskék ionizálják a levegőmolekulákat, és ha a levegő elektromos térben van, az ionok elektromos áramot hoznak létre. Ezen az elv alapján Rutherford és Geiger egy egyszerű számlálóeszközt fejlesztettek ki, amely két elektródából állt egy üvegcsőben. Minden alfa-részecske, amely áthalad a csövön, elektromos impulzust hoz létre, amelynek száma megszámlálható. Ez a Geiger-számláló egy korai változata volt [18] .

A Geiger és Rutherford által feltalált számláló megbízhatatlannak bizonyult, mert az alfa-részecskék túlságosan elhajlottak a készülék kamrájában lévő levegőmolekulákkal való ütközés következtében. Az alfa-részecskék erősen változó pályája azt jelentette, hogy nem mindegyik termelt ugyanannyi iont, amikor áthaladt a gázon, ami hibás leolvasásokhoz vezetett. Ez megzavarta Rutherfordot, mert úgy gondolta, hogy az alfa-részecskék túl nehezek ahhoz, hogy ennyire eltérítsék őket. Rutherford megkérte Geigert, hogy derítse ki, mennyi anyag képes szórni az alfa-sugarakat [18] .

Az általuk kidolgozott kísérletek során egy fémfóliát bombáztak alfa-részecskékkel, hogy megnézzék, hogyan szórja szét a fólia azokat az anyag vastagságától és tulajdonságaitól függően. Fluoreszcens képernyővel mérték a részecskepályát. Minden egyes alfa-részecske ütés a képernyőn apró fényvillanást idézett elő. Geiger órákig dolgozott egy elsötétített laboratóriumban, és mikroszkóppal számolta ezeket az apró szcintillációkat [11] . Rutherfordnak nem volt elég kitartása ehhez a munkához, ezért fiatalabb kollégáira bízta [19] . Fémfóliához különféle fémeket teszteltek, de az aranyat választották, mert az arany alakíthatósága miatt a fólia nagyon vékony [20] . Alfa-részecskék forrásaként Rutherford radont használt , az uránnál több milliószor radioaktívabb anyagot [7] .

1908-as kísérlet

Geiger 1908-as , Az α-részecskék anyag általi szórása című tanulmánya a következő kísérletet írja le [21] . Hosszú, csaknem két méter hosszú üvegcsövet épített. A cső egyik végén volt némi " rádium emanáció " (R), amely alfa-részecskék forrásaként szolgált. A cső másik végét foszforeszkáló szitával (Z) borították. A cső közepén egy 0,9 mm széles rés volt. Az R forrásból származó alfa-részecskék áthaladtak a résen, és fényes foltokat hoztak létre a képernyőn. 50-szeres nagyítású (M) mikroszkópot használtunk a képernyőn megjelenő szcintillációk megszámlálására és szórására. Geiger az összes levegőt kiszívta a csőből, hogy az alfa-részecskék ne szóródjanak túl sokat, és a rés formájának megfelelő, világos és éles képet hagytak a képernyőn. Aztán Geiger levegőt engedett a csőbe, és az izzó folt elmosódottabb lett. Geiger ezután kifújta a levegőt, és aranyfóliát helyezett az AA nyílásba. Ez oda is vezetett, hogy a képernyő fényfoltja elmosódottabbá vált. Ez a kísérlet bebizonyította, hogy a levegő és a szilárd anyag is észrevehetően szétszórja az alfa-részecskéket. A berendezés azonban csak kis elhajlási szögek megfigyelését tette lehetővé. Rutherford azt akarta tudni, hogy az alfa-részecskék még nagyobb, esetleg 90°-nál nagyobb szögben szóródnak-e [21] [7] .

1909-es kísérlet

Az α-részecskék diffúz visszaverődéséről szóló 1909-es tanulmányukban Geiger és Marsden egy kísérletet írt le, amellyel bebizonyították, hogy az alfa-részecskék valóban szétszóródhatnak 90°-nál nagyobb szögeken keresztül [22] . Kísérletükben egy kis kúpos üvegcsövet (AB) készítettek, amely "rádiumsugárzást" ( radon ), "rádium A"-t (valódi rádium) és "rádium C-t" ( bizmut - 214) tartalmazott; nyitott végét csillámmal lezárták . A cső alfa-részecske-kibocsátóként szolgált. Ezután egy ólomlemezt (P) szereltek fel, amely mögé egy fluoreszkáló képernyőt (S) helyeztek el. A csövet a lemez másik oldalán tartották, hogy az általa kibocsátott alfa-részecskék ne érhessék el közvetlenül a képernyőt. Néhány villogást észleltek a képernyőn, mert az alfa-részecskék egy része a lemez körül repült, visszapattanva a levegőmolekulákról. Ezután egy fémfóliát (R) helyeztek az ólomlemez oldalára. A csövet a fóliára irányították, hátha az alfa-részecskék lepattannak róla, és eltalálják a lemez másik oldalán lévő képernyőt, és megfigyelték a szcintillációk számának növekedését a képernyőn. A szcintillációk megszámlálásával azt találták, hogy a nagyobb atomtömegű fémek, mint például az arany (ólom, platina) több alfa-részecskét vernek vissza, mint a könnyebbek, például az alumínium [7] .

Geiger és Marsden ezután meg akarta becsülni a visszavert alfa részecskék számát. A korábbi elrendezés erre alkalmatlan volt, mert a cső több radioaktív anyagot (rádiumot és bomlástermékeit) tartalmazott, így a kibocsátott alfa részecskék eltérő energiájúak voltak , illetve nehéz volt megállapítani, hogy a cső milyen sebességgel bocsát ki alfa részecskéket. Ezúttal kis mennyiségű rádium C-t (bizmut-214) helyeztek egy ólomlemezre; alfa-részecskék lepattantak a platina reflektorról (R), és a képernyőre kerültek. Azt találták, hogy a reflektort eltaláló alfa-részecskéknek csak egy kis része verődött vissza a képernyőre (jelen esetben 1:8000) [22] .

1910-es kísérlet

Geiger 1910-es, „The Scattering of α Particles by Matter” című tanulmánya egy kísérletet ír le, amellyel azt próbálta megmérni, hogy az α-részecskék legvalószínűbb eltérítésének szöge hogyan változik az áthaladó anyagtól, a fólia vastagságától és a sebességtől függően. alfa-részecskék [23] . Épített egy lezárt üvegcsövet, amiből kiszivattyúzták a levegőt. Az egyik végén egy izzó (B) volt, amely "rádium sugárzást" (radon- 222 ) tartalmazott. Higanyt használva a B pont radont egy keskeny üvegcsövön keresztül pumpálták át, amelynek A végét csillámmal töltötték meg . A cső másik végén egy fluoreszcens cink-szulfid szita (S) volt. A képernyőn megjelenő villanások számlálására használt mikroszkóp egy nóniuszos függőleges milliméteres skálára volt rögzítve, ami lehetővé tette, hogy Geiger pontosan megmérje, hol jelentek meg a fényvillanások a képernyőn, és így kiszámította a részecskeelhajlás szögeit. Az A-ból kibocsátott alfa-részecskék nyalábjának szélességét D-nél egy kis kerek lyukon átmenő nyalábra szűkítettük. Geiger fémfóliát helyezett a nyalábok útjába D-ben és E-ben, hogy megfigyelje a villanások változását a D-ben. képernyő. Az alfa-részecskék sebességét is megváltoztathatja, ha további csillám- vagy alumíniumlapokat helyez el az A pontban.

A mérések alapján Geiger a következő következtetésekre jutott:

A szórási minta matematikai modellje

A fenti kísérletek eredményeit figyelembe véve Rutherford 1911-ben közölt egy mérföldkőnek számító cikket "Az α- és β-részecskék anyag általi szórása és az atom szerkezete" címmel, amelyben azt javasolta, hogy a központban elektromos töltés található. az atom, amely nagyon kis térfogatot foglalt el (sőt, Rutherford számításaiban ponttöltésnek tekinti) [4] . Matematikai számításai során feltételezte, hogy ez a központi töltés pozitív, de elismerte, hogy ezt nem tudja bizonyítani, és meg kellett várnia más kísérletek eredményeit, hogy elméletét finomítsa.

Rutherford kidolgozott egy matematikai egyenletet, amely leírja az alfa-részecskék fólia általi szórását, feltéve, hogy az összes pozitív töltés és az atomtömeg nagy része az atom közepén egy ponton koncentrálódik [24] :72–74 .

s  az egységnyi területre eső alfa-részecskék száma a Φ elhajlási szögnél ; r  a távolság az α-sugarak beesési pontjától a szóróanyagon; X  a szóróanyagra eső részecskék teljes száma; n  az anyag egységnyi térfogatára eső atomok száma; t  a fólia vastagsága; Q n  az atommag pozitív töltése; Q α  az alfa részecskék pozitív töltése; m  az alfa részecske tömege; v  az alfa részecske sebessége.

A szórási adatokból Rutherford a Q n központi töltést körülbelül +100 egységre becsülte (lásd Rutherford modell ) [4] .

1913-as kísérlet

Az 1913-as "The Laws of Large Angular Deflection of α-Particles" című tanulmányában Geiger és Marsden egy sor kísérletet írt le, amelyekkel kísérletileg próbálták tesztelni Rutherford modelljét. Megjósolja, hogy az adott Φ szögben észlelt percenkénti felvillanások száma arányos legyen [25] -el :

  1. csc 4 (Φ/2) ;
  2. fólia vastagság t ;
  3. a Q n központi töltés négyzete ;
  4. 1 / ( mv 2 ) 2 .

Az 1913-as tanulmány négy kísérletet ír le, amelyekkel e négy összefüggés mindegyikét bebizonyították.

Annak tesztelésére, hogy a szórás hogyan változik az elhajlási szöggel (azaz ha s ∝ csc 4 (Φ/2) ), Geiger és Marsden olyan műszert építettek, amely egy lemezjátszóra szerelt üreges fémhengerből állt. A henger belsejében egy fémfólia (F) és egy radont (R) tartalmazó sugárforrás volt külön oszlopra (T) szerelve, amely lehetővé tette a henger önálló forgását. Az oszlop egyben egy cső is volt, amelyen keresztül levegőt pumpáltak ki a hengerből. Fluoreszcens cink-szulfid ernyővel (S) bevont objektívvel ellátott mikroszkóp (M) áthatolt a henger falán, és a fémfólia felületére fókuszált. Az asztal elforgatásával a mikroszkóp egy teljes körben mozgatható a fólia körül, lehetővé téve Geiger számára, hogy megfigyelje és megszámolja a 150°-ig elhajló alfa-részecskéket. A kísérleti hibát korrigálva Geiger és Marsden azt találta, hogy az adott Φ szögön áthajló alfa-részecskék száma valóban arányos csc 4 -el (Φ/2) [25] .

Geiger és Marsden ezután azt tesztelték, hogyan változik a szórás a fólia vastagságával (azaz ha s ∝ t ). Építettek egy korongot (S), amelyen hat furat fúrt. A lyukakat különböző vastagságú fémfóliával (F) fedtük le, vagy nem fedtük le az ellenőrzés érdekében. Ezt a korongot ezután egy sárgaréz gyűrűvel (A) lezártuk két üveglap (B és C) között. A lemezt egy rúd (P) segítségével el lehetett forgatni úgy, hogy az egyik ablak az alfa-részecskék forrása (R) elé kerüljön. A hátsó ablakon cink-szulfidból (Z) készült árnyékoló kapott helyet. Geiger és Marsden azt találta, hogy a cink-szulfid képernyőn megjelenő szcintillációk száma valóban arányos a filmek vastagságával, ha a jelzett vastagság kicsi [25] .

Geiger és Marsden újra felhasználta a fenti műszert, hogy megmérje, hogyan változik a szórási mintázat a magtöltés négyzetével (vagyis ha s ∝ Q n 2 ). Geiger és Marsden nem tudták, mekkora a fémeik atommagjának pozitív töltése, de azt feltételezték, hogy ez arányos az atomtömeggel, ezért megvizsgálták, hogy a szórás arányos-e az atomtömeg négyzetével. Geiger és Marsden a lemezen lévő lyukakat arannyal, ónnal, ezüsttel, rézzel és alumíniumfóliával borították be. Megmérték az egyes filmek fékező erejét, egyenlő vastagságú levegővel egyenlővé téve azt. Megszámolták az egyes fóliák percenkénti szcintillációinak számát a képernyőn, és elosztották a percenkénti szcintillációk számát a megfelelő fólia levegőegyenértékével, majd ismét elosztották az atomtömeg négyzetgyökével (Geiger és Marsden tudta, hogy a fóliák esetében azonos fékezőerővel, az egységnyi területre jutó atomok száma arányos atomsúlyuk négyzetgyökével). Így minden fémre Geiger és Marsden megkapta a meghatározott számú atom által keltett szcintillációk számát. Ezután minden fémnél elosztották ezt a számot az atomtömeg négyzetével, és megállapították, hogy az arányok többé-kevésbé azonosak. Így bebizonyították, hogy s ∝ Q n 2 [25] .

Végül Geiger és Marsden megvizsgálta, hogyan változik a szórás az alfa részecskék sebességével (azaz ha s ∝ 1/v 4 ). Ismét ugyanazt a berendezést használva lelassították az alfa-részecskéket azáltal, hogy további csillámlapokat helyeztek az alfa-részecskék forrása elé. Azt találták, hogy a kísérleti hibán belül a villogások száma valóban arányos 1 / v4 -gyel [ 25] .

Rutherford megállapítja, hogy az atommag pozitív töltésű

1911-es cikkében [4] Rutherford azt javasolta, hogy az atom központi töltése pozitív, de a negatív töltés is illeszkedik a szórási modelljéhez [26] . Egy 1913-as cikkében Rutherford kijelentette, hogy a "mag" (ahogyan most nevezte) valóban pozitív töltésű, az alfa-részecskék különböző gázokban való szóródásával kapcsolatos kísérletek eredményei alapján [27] .

1917-ben Rutherford és asszisztense, William Kay elkezdte vizsgálni az alfa-részecskék gázokon, például hidrogénen és nitrogénen való áthaladását. Egy kísérletben, amelyben alfa-részecskék sugárral sugározták be a hidrogént, az alfa-részecskék a hidrogénmagokat a sugár irányába vetítették előre, nem pedig az ellenkező irányba. Egy kísérletben, ahol nitrogént sugároztak be alfa-részecskékkel, azt találták, hogy az alfa-részecskék hidrogénatommagokat (vagyis protonokat) ütnek ki a nitrogénmagokból [26] .

Legacy

Rutherford meglepődött, amikor Geiger beszámolt nagy eltérésű alfa-részecskék megfigyeléséről. Rutherford a Cambridge -i Egyetemen tartott előadásában ezt mondta [28] :

Ez volt a leghihetetlenebb esemény, ami valaha történt velem életemben. Szinte olyan hihetetlen volt, mintha egy 15 hüvelykes lövedéket lőttél volna egy selyempapírra, és az visszatért és eltalált volna. Végiggondolva rájöttem, hogy ennek a visszaszórásnak egyetlen ütközésnek kell lennie, és amikor számításokat végeztem, azt láttam, hogy lehetetlen ilyen nagyságrendet elérni, hacsak nem veszünk egy olyan rendszert, amelyben az atom nagy része tömeg egy parányi magban koncentrálódik . Ekkor jutott eszembe egy atom, amelynek apró, masszív középpontja van, amely töltést hordoz.

Eredeti szöveg  (angol)[ showelrejt] Ez volt a leghihetetlenebb esemény, ami valaha történt velem az életemben. Szinte olyan hihetetlen volt, mintha egy 15 hüvelykes kagylót lőttél volna egy selyempapírra, és az visszajött és eltalált volna. Végiggondolva rájöttem, hogy ennek a visszafelé szóródásnak egyetlen ütközésnek kell lennie, és amikor számításokat végeztem, azt láttam, hogy lehetetlen ebből a nagyságrendből bármit is elérni, hacsak nem veszünk olyan rendszert, amelyben a tömeg nagyobb része az atom egy percnyi magban koncentrálódott. Ekkor jutott eszembe egy atom, amelynek egy percnyi masszív középpontja van, és egy töltést hordoz.

Hamarosan elöntött a dicséret. Hantaro Nagaoka , aki egykor az atom Szaturnuszi modelljét javasolta, 1911-ben ezt írta Rutherfordnak Tokióból: "Gratulálok az Ön által használt készülék egyszerűségéhez és az elért ragyogó eredményekhez." E kísérletek eredményei megmutatták, hogy a Földön az összes anyag hogyan van elrendezve, és így minden tudományos és mérnöki tudományágra hatással volt, így minden idők egyik legfontosabb tudományos felfedezése. Arthur Eddington csillagász Rutherford felfedezését a legfontosabb tudományos eredménynek nevezte azóta, hogy Demokritosz több évszázaddal korábban felvetette az atom létezését [19] .

A legtöbb tudományos modellhez hasonlóan Rutherford atommodellje sem volt sem tökéletes, sem teljes. A klasszikus elektrodinamika szerint ez gyakorlatilag lehetetlen volt. A felgyorsuló töltött részecskék elektromágneses hullámokat sugároznak, így az atommag körül keringő elektron elméletileg spirálisan esne az atommagba energiavesztéskor. A probléma megoldásához a tudósoknak be kellett vonniuk a kvantummechanikát Rutherford modelljébe [7] . Ugyanebben az évben Niels Bohr megoldást javasolt a hidrogénatom stabilitásának problémájára, melynek eredményeként a Rutherford-féle atommagmodell egyetemes elismerést kapott [2] .

Használat

A kísérlet ötletét közvetlenül használják nehéz atommagot tartalmazó anyagok tanulmányozására. Amikor a kristály felületét besugározzuk, esély van arra, hogy az alfa részecskék nagy szögben és a forrás felé visszaverődjenek, amint azt a Geiger-Marsden kísérletek kimutatták. A kísérletben alfa-részecskéket és 1-3 MeV-ig terjedő iongyorsítót használnak. A szórt rész szögtől függő energiájának mérése információt ad az anyag felületének elemi összetételéről [29] .

Jegyzetek

Hozzászólások
  1. ↑ Egyes kutatók azonban hibásnak tartják ezt az elnevezést, mivel csak maga Rutherford 1906-os kísérletének tulajdonítható ( Leone et al. ).
Források
  1. ↑ Kémia. Középiskolai tanfolyam / Per. angolról. Semenenko K. N. - 2. - M . : Mir, 1971. - S. 367.
  2. ↑ 12 Leone et al., 2018 .
  3. ↑ Csatornák, Enric Pérez-csatornák. A kvantumfizika története kísérleteken keresztül = Història de la Física Quàntica a través dels experiments. - 2018. - S. 54.
  4. ↑ 1 2 3 4 5 6 Rutherford E. Az α és β részecskék anyag általi szórása és az atom szerkezete  //  Filozófiai Magazin, 6. sorozat : folyóirat. - 1911. - 1. évf. 21 . - P. 669-688 . - doi : 10.1080/14786440508637080 .
  5. ↑ Az atom története – elméletek és modellek  . https://www.compoundchem.com/ . Hozzáférés időpontja: 2021. április 25.
  6. ↑ Thomson, Joseph J. (1904). „Az atom szerkezetéről: a kör kerülete körül egyenlő időközönként elhelyezkedő testtestek stabilitásának és rezgési periódusainak vizsgálata; az eredményeknek az atomszerkezet elméletére való alkalmazásával” . Filozófiai Magazin . 6. sorozat (39): 237. doi : 10.1080/14786440409463107 .
  7. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Baily, C. Korai atommodellek - a mechanikától a kvantumig (1904–1913)  // The European Physical Journal H. - 2013. - V. 38 . - S. 1-38 . - doi : 10.1140/epjh/e2012-30009-7 . - arXiv : 1208.5262 .
  8. ↑ Daintith, John; Gjertsen, Derek. A tudósok szótára . - Oxford University Press , 1999. - P. 395. - ISBN 978-0-19-280086-2 .
  9. ↑ Nagaoka, Hantaro (1904). „A részecskék rendszerének kinetikája, amely szemlélteti a vonal- és sávspektrumot, valamint a radioaktivitás jelenségeit” . Filozófiai Magazin . 6. sorozat 7 (41): 445-455. DOI : 10.1080/14786440409463141 .
  10. ↑ Hiperfizika . Georgia Állami Egyetem . Letöltve: 2014. augusztus 13.
  11. ↑ 12 Geiger és Marsden . Cavendish Laboratórium . Letöltve: 2014. július 23. Az eredetiből archiválva : 2014. október 6..
  12. ↑ Jewett, John W., Jr.; Serway, Raymond A. Az atom korai modelljei // Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics. — 9. – Brooks/Cole, 2014. – 1299. o.
  13. ↑ Csatornák, 2018 , p. 53.
  14. ↑ Fowler, Michael Rutherford Scattering . Előadásjegyzet a fizikához 252 . Virginiai Egyetem . Letöltve: 2014. július 23.
  15. ↑ modor, öröm. Kvantumfizika: Bevezetés . - CRC Press, 2000. - ISBN 978-0-7503-0720-8 .
  16. ↑ Gorelov, A. A. A modern természettudomány fogalmai: tankönyv a középfokú szakképzés számára / A. A. Gorelov. - 4. kiadás, átdolgozva. és további .. - M . : Yurayt, 2019. - S. 47. - 355 p. — ISBN 978-5-534-10214-7 .
  17. ↑ Pais, Ábrahám. Befelé kötött : az anyag és az erők a fizikai világban . - Oxford Oxfordshire New York: Clarendon Press Oxford University Press, 1986. - ISBN 9780198519973 .
  18. ↑ 1 2 3 Heilbron, John L. Ernest Rutherford és az atomok robbanása. - Oxford University Press , 2003. - ISBN 978-0-19-512378-4 .
  19. ↑ 1 2 Reeves, Richard. A természet ereje: Ernest Rutherford határzsenije . – W. W. Norton & Co. , 2008. - ISBN 978-0-393-07604-2 .
  20. ↑ Tibbetts, Gary. Hogyan érveltek a nagy tudósok: A tudományos módszer működésben. - Elsevier , 2007. - ISBN 978-0-12-398498-2 .
  21. ↑ 1 2 Geiger, Hans (1908). "Az α-részecskék anyag általi szóródásáról". A Londoni Királyi Társaság közleményei A. 81 (546): 174-177. Bibcode : 1908RSPSA..81..174G . DOI : 10.1098/rspa.1908.0067 .
  22. ↑ 1 2 Geiger, Hans; Marsden, Ernest (1909). „Az α-részecskék diffúz tükröződéséről”. A Londoni Királyi Társaság közleményei A. 82 (557): 495-500. Bibcode : 1909RSPSA..82..495G . DOI : 10.1098/rspa.1909.0054 .
  23. ↑ 1 2 Geiger, Hans (1910). "Az α-részecskék anyag általi szórása". A Londoni Királyi Társaság közleményei A. 83 (565): 492-504. Bibcode : 1910RSPSA..83..492G . DOI : 10.1098/rspa.1910.0038 .
  24. ↑ Landau L. D., Lifshits E. M. Mechanics. - 5. kiadás, sztereotip. — M .: Fizmatlit , 2004 . — 224 p. — („Elméleti fizika”, I. kötet). - ISBN 5-9221-0055-6 .
  25. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Geiger, Hans; Marsden, Ernest (1913). „Az α részecskék elhajlásának törvényei nagy szögekben” (PDF) . Filozófiai Magazin . 6. sorozat 25 (148): 604-623. DOI : 10.1080/14786440408634197 .
  26. ↑ 1 2 Rutherford nukleáris világa: Az atommag felfedezésének története . Amerikai Fizikai Intézet. Letöltve: 2014. október 23.
  27. ↑ Rutherford, Ernest; Nuttal, John Mitchell (1913). „Az α-részecskék gázok általi szórása” . Filozófiai Magazin . 6. sorozat 26 (154): 702-712. DOI : 10.1080/14786441308635014 .
  28. ↑ Rutherford, Ernest; Ratcliffe, John A. A fizika negyven éve // ​​A modern tudomány háttere. – Cambridge University Press , 1938.
  29. ↑ Oura, K.; Életlapok, VG; Saranin, A. A.; Zotov, A. V.; Katayama, M. Surface Science: An Introduction. - Springer-Verlag , 2003. - ISBN 3-540-00545-5 .

Irodalom

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák