Teori Atom James Chadwick

Para ilmuwan saat ini membayangkan atom sebagai terdiri dari inti kecil, berat, bermuatan positif yang dikelilingi oleh awan elektron bermuatan negatif yang sangat ringan. Model ini berasal dari tahun 1920-an, tetapi berasal dari Yunani kuno. Filsuf Democritus mengusulkan keberadaan atom sekitar 400 SM. Tidak ada yang benar-benar mengambil ide dengan semangat apapun sampai fisikawan Inggris John Dalton memperkenalkan teori atomnya di awal 1800-an. Model Dalton tidak lengkap, tetapi pada dasarnya tetap tidak berubah sepanjang sebagian besar abad ke-19.

Sebuah kebingungan penelitian model atom terjadi pada akhir abad ke-19 dan ke-20, yang berpuncak pada model atom Schrodinger, yang dikenal sebagai model awan. Segera setelah fisikawan Erwin Schrodinger memperkenalkannya pada tahun 1926, James Chadwick – fisikawan Inggris lainnya – menambahkan bagian penting pada gambar tersebut. Chadwick bertanggung jawab untuk menemukan keberadaan neutron, partikel netral yang berbagi inti dengan proton bermuatan positif.

Penemuan Chadwick memaksa revisi model awan, dan para ilmuwan kadang-kadang merujuk ke versi revisi sebagai model atom James Chadwick. Penemuan itu membuat Chadwick mendapatkan Hadiah Nobel Fisika 1935, dan memungkinkan pengembangan bom atom. Chadwick berpartisipasi dalam proyek super-rahasia Manhattan, yang berpuncak pada pengerahan bom nuklir di Hiroshima dan Nagasaki. Bom tersebut berkontribusi pada penyerahan Jepang (banyak sejarawan percaya bahwa Jepang akan tetap menyerah) dan berakhirnya Perang Dunia II. Chadwick meninggal pada tahun 1974.

JJ Thompson menemukan elektron menggunakan tabung sinar katoda pada tahun 1890-an, dan fisikawan Inggris Ernest Rutherford, yang disebut sebagai bapak fisika nuklir, menemukan proton pada tahun 1919. Rutherford berspekulasi bahwa elektron dan proton dapat bergabung untuk menghasilkan partikel netral dengan kira-kira massanya sama dengan proton, dan para ilmuwan percaya bahwa partikel seperti itu ada selama beberapa tahun alasan. Sebagai contoh, diketahui bahwa inti helium memiliki nomor atom 2 tetapi nomor massa 4, yang berarti mengandung semacam massa misteri netral. Namun, tidak ada yang pernah mengamati neutron atau membuktikan bahwa itu ada.

Chadwick sangat tertarik pada eksperimen yang dilakukan oleh Frédéric dan Irène Joliot-Curie, yang telah membombardir sampel berilium dengan radiasi alfa. Mereka mencatat bahwa pengeboman menghasilkan radiasi yang tidak diketahui, dan ketika mereka membiarkannya mengenai sampel lilin parafin, mereka mengamati proton berenergi tinggi terlempar dari material.

Tidak puas dengan penjelasan bahwa radiasi terbuat dari foton berenergi tinggi, Chadwick menggandakan percobaan dan menyimpulkan bahwa radiasi harus terdiri dari partikel berat dengan heavy gratis. Dengan membombardir bahan lain, termasuk helium, nitrogen, dan litium, Chadwick dapat menentukan bahwa massa setiap partikel sedikit lebih besar daripada massa proton.

Chadwick menerbitkan makalahnya "Keberadaan Neutron" pada Mei 1932. Pada tahun 1934, peneliti lain telah menentukan bahwa neutron sebenarnya adalah partikel elementer dan bukan kombinasi proton dan elektron.

Konsepsi modern tentang atom mempertahankan sebagian besar karakteristik model planet didirikan oleh Rutherford, tetapi dengan modifikasi penting yang diperkenalkan oleh Chadwick dan fisikawan Denmark Neils Bohr.

Itu Bohr yang memasukkan konsep orbit diskrit yang elektron terbatas. Dia mendasarkan ini pada prinsip-prinsip kuantum yang baru pada saat itu tetapi telah menjadi kenyataan ilmiah. Menurut model Bohr, elektron menempati orbit diskrit, dan ketika mereka pindah ke orbit lain, mereka memancarkan atau menyerap tidak dalam jumlah yang terus menerus, tetapi dalam bundel energi, yang disebut kuanta.

Menggabungkan karya Bohr dan Chadwick, gambaran modern tentang atom terlihat seperti ini: Sebagian besar atom adalah ruang kosong. Elektron bermuatan negatif mengorbit inti kecil tapi berat yang terdiri dari proton dan neutron. Karena teori kuantum, yang didasarkan pada prinsip ketidakpastian, menganggap elektron sebagai gelombang dan partikel, mereka tidak dapat ditemukan secara pasti. Anda hanya dapat berbicara tentang kemungkinan elektron berada di posisi tertentu, sehingga elektron membentuk awan probabilitas di sekitar nukleus.

Jumlah neutron dalam inti biasanya sama dengan jumlah proton, tetapi bisa berbeda. Atom suatu unsur yang memiliki jumlah neutron berbeda disebut isotop unsur tersebut. Sebagian besar unsur memiliki satu atau lebih isotop, dan beberapa memiliki beberapa. Timah, misalnya, memiliki 10 isotop stabil dan setidaknya dua kali lebih banyak isotop tidak stabil, memberikan massa atom rata-rata yang sangat berbeda dari dua kali nomor atomnya. Jika penemuan neutron James Chadwick tidak pernah terjadi, mustahil untuk menjelaskan keberadaan isotop.

Penemuan neutron oleh Chadwick mengarah langsung pada pengembangan bom atom. Karena neutron tidak memiliki muatan, mereka dapat menembus lebih dalam ke inti atom target daripada proton. Pemboman neutron inti atom menjadi metode penting untuk mendapatkan informasi tentang karakteristik inti.

Tidak butuh waktu lama bagi para ilmuwan untuk menemukan, bagaimanapun, bahwa membombardir Uranium-235 yang sangat berat dengan neutron adalah cara untuk memecah inti dan melepaskan sejumlah besar energi. Fisi uranium menghasilkan lebih banyak neutron berenergi tinggi yang memecah atom uranium lainnya, dan hasilnya adalah reaksi berantai yang tidak terkendali. Setelah ini diketahui, itu hanya masalah mengembangkan cara untuk memulai reaksi fisi sesuai permintaan dalam selubung yang dapat dikirim. Fat Man and Little Boy, bom yang menghancurkan Hiroshima dan Nagasaki, adalah hasil dari upaya perang rahasia yang dikenal sebagai Proyek Manhattan yang dilakukan untuk melakukan hal itu.

Teori Atom Chadwick juga memungkinkan untuk memahami radioaktivitas. Beberapa mineral alami – serta yang buatan manusia – secara spontan memancarkan radiasi, dan alasannya berkaitan dengan jumlah relatif proton dan neutron dalam nukleus. Sebuah nukleus paling stabil ketika memiliki jumlah yang sama, dan menjadi tidak stabil ketika memiliki lebih dari satu dari yang lain. Dalam upaya untuk mendapatkan kembali stabilitas, inti yang tidak stabil mengeluarkan energi dalam bentuk radiasi alfa, beta, atau gamma. Radiasi alfa terdiri dari partikel berat, masing-masing terdiri dari dua proton dan dua neutron. Radiasi beta terdiri dari elektron dan radiasi gamma foton.

Sebagai bagian dari studi inti dan radioaktivitas, para ilmuwan telah membedah lebih lanjut proton dan neutron untuk menemukan bahwa mereka sendiri terdiri dari partikel yang lebih kecil yang disebut quark. Gaya yang menyatukan proton dan neutron dalam inti disebut gaya kuat, dan gaya yang menahan quark disebut gaya warna. Gaya kuat adalah produk sampingan dari gaya warna, yang dengan sendirinya bergantung pada pertukaran gluon, yang merupakan jenis partikel elementer lainnya.

Pemahaman yang dimungkinkan oleh model atom James Chadwick telah membawa dunia ke zaman nuklir, tetapi pintu ke dunia yang jauh lebih misterius dan rumit terbuka lebar. Sebagai contoh, para ilmuwan suatu hari nanti dapat membuktikan bahwa seluruh alam semesta, termasuk inti atom dan quark dari mana mereka dibuat, terdiri dari string energi getar yang sangat kecil. Apa pun yang mereka temukan, mereka akan melakukannya dengan berdiri di atas bahu para perintis seperti Chadwick.