Планетарная модель атома, предложенная Резерфордом
По дороге открытий
Ганс Гейгер, коллега и ученик замечательного английского физика Эрнеста Резерфорда, вспоминая как-то об одном из наиболее важных событий в истории физики, происшедшем в самых первых числах 1911 года, написал в письме к другому ученику Резерфорда, Джеймсу Чадвику: «Однажды Резерфорд вошел в мою комнату, очевидно, в прекраснейшем расположении духа, и сказал, что теперь он знает, как выглядит атом…»
Модель атома, предложенная Резерфордом, была в истории физики не первой.
Учитель Резерфорда Дж. Дж. Томсон, открывший существование в атоме электронов — мельчайших частиц, несущих единичный отрицательный заряд, предлагал считать атом положительно заряженным шариком-сферой, в которой «плавают» электроны. Положительный заряд был в воображении Томсона распределен равномерно по всему объему шарика.
Немецкий физик Филипп Ленард в 1903 году предложил модель «пустого» атома, внутри которого «летают» какие-то никем не обнаруженные (ни раньше, ни теперь) нейтральные частицы, составленные из взаимно уравновешенных положительных и отрицательных зарядов. Ленард даже придумал название для своих несуществующих частиц — динамиды…
Доктор Э. Резерфорд в лаборатории
Но модель Резерфорда была единственной, право на существование которой доказывалось строгими, простыми и красивыми опытами.
К своему открытию Резерфорд пришел не сразу. Работая почти все первое десятилетие XX века в Канаде (до переезда в Англию) вместе с химиком Содди, Резерфорд тщательно изучил явление радиоактивного распада атомов радия, открытое в последние годы XIX века во Франции Беккерелем и супругами Кюри.
Пьер Кюри и Мари Склодовская-Кюри пропускали излучение, исходящее от радия, через магнитное поле и обнаружили, что часть лучей отклоняется вверх от первоначальной траектории, а путь остальных остается прямолинейным.
Резерфорд и Содди окружили кусочек радия более мощными магнитами, чем в экспериментах супругов Кюри, и с удивлением увидели, что та часть излучения, которая до сих пор прямо следовала своей дорогой, также разделилась на две составляющие: летящую по-прежнему прямо и «завернувшую» вниз от воображаемой линии между полюсами магнита.
Значит, из атомов радия самопроизвольно исторгаются три вида частиц или лучей: отрицательно заряженные (те, что отклонились вверх от своего прежнего пути), нейтральные и положительно заряженные!
Знаменитая страница из рукописи Э. Резерфорда с первым наброском планетарной модели атома.
Вскоре, зная силу магнитного поля и величину отклонения в поле частиц-лучей и к тому же используя спектральный анализ (где природу вещества узнают по характерному для него свечению), Резерфорд и Содди доказали, что положительно заряженная часть излучения, получившая название α-лучей (α — греческая буква «альфа»), представляет собой поток ионизированных атомов гелия.
Знаменитый английский химик Вильям Рамзай подтвердил вывод молодых ученых…
Отрицательная часть радиоактивного излучения, получившая наименование бета-лучей, оказалась пучком свободных электронов, летящих с большой скоростью; нейтральную прямолинейную часть стали называть гамма-лучами — они проникали достаточно глубоко в любое вещество и почти не ослаблялись тонкими пластинками металлов, поставленными экспериментаторами на их пути.
Резерфорд и Мари Склодовская-Кюри стали не только коллегами-исследователями, но и большими друзьями, духовно очень близкими. Ощущая с особой остротой ценность каждой одаренной личности в мире, дважды лауреат Нобелевской премии (по физике и химии) Мари Склодовская-Кюри сказала однажды журналистам: «Доктор Резерфорд — единственный из живущих, кто обещает даровать человечеству, как итог открытия радия, неоценимое благо. Я бы посоветовала Англии беречь доктора Резерфорда…»
Резерфорд не только продолжил и углубил исследования супругов Кюри. Он пришел к выводу, что альфа-частицы, вылетающие из радия, представляют собой удобные тяжелые снаряды, которыми следует «обстреливать» атомы других элементов, чтобы попытаться расщепить их на части и узнать, как они устроены. Хотя это и напоминает способ, каким дети узнают, из чего сделаны игрушки…
Источник: Марк Колтун “Мир физики“.
