【查德威克发现了什么】查德威克发现中子方程打开原子核大门

发现中子的查德威克

　　1932年初，英国科学家查德威克发现中子，找到了打开原子核大门的“金钥匙”。

　　杰姆斯·查德威克是英国实验核物理学家。他在1891年10月出生于英国曼彻斯特。于剑桥大学毕业后，他参加了卢瑟福领导的研究工作，显示出极高的才能。

　　查德威克的最重要的科研成果是中子的发现。在他发现中子之前，科学家们已发现有许多迹象表明存在着一种电中性的粒子，可是谁都没有抛弃常规的旧观念再向前迈进一步。他做到了这一点。早在1920年，卢瑟福用镭制品产生的α粒子轰击氮，实现了原子核嬗变。他又对一些轻元素的核反应过程进行了充分的研究以后，就认为存在着一种电中性粒子，这种粒子不能被束缚在任何容器之中。他想象，这种粒子大概是由当时已知的质子和电子结合而成的，因为质子带正电荷，电子带负电荷，二者结合就变为中性。当时，卢瑟福的实验室和其他各大实验室对此分别进行了大量的实验，想证明这种粒子存在，然而都未获成功。1930年，德国物理学家玻特和贝克尔，在用天然放射性元素钋放出的α射线轰击铍时，发现从铍发出一种看不见的穿透能力很强的中性射线。当时他们错误地认为这种射线是一种“γ射线”，根据这种射线在透过铅板和强度减弱的情况，推算出它的能量约在1000万电子伏特左右。到了1932年，小居里夫妇又发现这种射线在穿过含氢物质时，能使这些物质放出速度约为3×107米/秒的质子来。他们由此推算出，这种“γ射线”的能量是5000万电子伏特。这就与上述1000万电子伏特的数据，发生了尖锐矛盾。1932年1月18日，小居里夫妇在《报告》里发表了一篇论文，阐述了他们的初步意见，1个月以后，查德威克看到了他们的文章，并把这件事告诉卢瑟福。卢瑟福感到非常惊讶，同时指出，应该相信这些观察，至于如何解释它，那是另一回事。就在这时查德威克用旧氡管制作了一个钋源，并立即用它进行一些实验。他写道：“我开始没有固定的看法，虽然我很自然想到中子的问题。我相当肯定不能把约里奥一居里夫妇观察到的现象看作是由一种康普顿效应引起的。因为我已经不只一次探索过它。我深信是一种新奇的东西。经过几天的紧张工作我证明了这种奇怪的效应是由一个中性粒子引起的，并且我还能够测量它的质量：卢瑟福在1920年所假设的中子终于出现了。”

　　查德威克对这种射线进行了非常细致的研究。他用这种射线去照射各种轻、重不同的物质，结果发现这种射线的性质与通常的“γ射线”有些不同：通常的“γ射线”照射到物质上时物质密度越大，对“γ射线”吸引越厉害;而这种射线的性质刚好相反，密度越小的物质越容易吸收它。查德威克用这种射线去轰击氢原子时，发现氢原子核被弹射出去。这说明这种射线是具有一定质量的粒子流。为推算出中子的质量，查德威克采用新的方法，即用中子分别轰击氢原子和氮原子，结果打出一些氢核和氮核。他测得氢核和氮核的最大速度分别为3.3×109厘米/秒和4.7×108厘米/秒，从而计算出中子的质量是质子质量的1.15倍(现在的准确值为：质子的质量是1.007825，中子的质量是1.008665)。查德威克还在前人的基础上，进一步用盖革计算器、云室和高压强电离室等做出较详尽的分析。他首先证实最终得到的带电粒子是受铍射线(即中子)撞击后的反冲核。除了反冲核外，他对氦、锂、铍、硼等都作了肯定的结论。他还特别提到弗特用充氮雾室所做的工作，其中发现了短的三叉状径迹，两股末径迹夹角为90°，表明发生了两个质量相等的粒子的碰撞，足以证实初径迹是反冲氮核。

　　就这样，查德威克冲破旧观念的束缚，抛弃了传统的想法，在进行了大量的实验研究的基础上，终于证明这种中性粒子确实存在。而这种粒子并不是像卢瑟福所假设的那种质子和电子复合的粒子，是一种全新的粒子，除了不带电荷外，其基本性质与卢瑟福提出的质子完全一样：即这种粒子具有和质子相近的质量，是不带电荷的粒子，称之为中子。

　　中子的发现使得建立一种没有电子参与的核模型成为可能。不久，著名理论物理学家海森堡阐明了核由质子和中子组成以后，科学家才认识到，有比电磁力更强的核作用力的存在。从而引致了对核作用力的研究，产生了核力场是由介子传递的推测，为粒子物理的发展开辟了道路。因此，可以毫不夸张地说，中子的发现不但使原子核实验和理论有了划时代的进展，同时也是粒子物理开始发展的重要里程碑。查德威克由于发现中子，找到了一把打开原子核大门的“金钥匙”，1932年他被授予休斯奖章，1935年又荣获诺贝尔物理学奖。