Bilim adamları bugün atomları, son derece hafif, negatif yüklü elektronlardan oluşan bulutlarla çevrili küçük, ağır, pozitif yüklü çekirdeklerden oluşan olarak tasavvur ediyorlar. Bu model 1920'lere kadar uzanıyor, ancak kökeni antik Yunanistan'a dayanıyor. Filozof Demokritos, MÖ 400 civarında atomların varlığını öne sürdü. gerçekten kimse aldırmadı İngiliz fizikçi John Dalton atom teorisini erken dönemde ortaya koyana kadar herhangi bir coşkuyla fikir. 1800'ler. Dalton'un modeli eksikti, ancak 19. yüzyılın çoğu boyunca temelde değişmeden kaldı.
Atom modeline yönelik bir araştırma telaşı, 19. yüzyılın sonunda ve 20. yüzyılın başlarında meydana geldi ve bulut modeli olarak bilinen atomun Schrödinger modelinde doruğa ulaştı. Fizikçi Erwin Schrödinger'in 1926'da tanıtmasından kısa bir süre sonra, başka bir İngiliz fizikçi olan James Chadwick, resme çok önemli bir parça ekledi. Chadwick, çekirdeği pozitif yüklü protonla paylaşan nötr parçacık olan nötronun varlığını keşfetmekten sorumludur.
Chadwick'in keşfi, bulut modelinin revizyonunu zorladı ve bilim adamları bazen revize edilmiş versiyona James Chadwick atom modeli olarak atıfta bulunuyorlar. Bu keşif Chadwick'e 1935 Nobel Fizik Ödülü'nü kazandırdı ve atom bombasının geliştirilmesini mümkün kıldı. Chadwick, Hiroşima ve Nagazaki'ye nükleer bombaların yerleştirilmesiyle sonuçlanan süper gizli Manhattan projesine katıldı. Bomba, Japonya'nın teslim olmasına (birçok tarihçi Japonya'nın zaten teslim olacağına inanıyor) ve II. Dünya Savaşı'nın sona ermesine katkıda bulundu. Chadwick 1974'te öldü.
Chadwick Nötronu Nasıl Keşfetti?
JJ Thompson elektronu 1890'larda katot ışın tüplerini kullanarak keşfetti ve nükleer fiziğin sözde babası İngiliz fizikçi Ernest Rutherford 1919'da protonu keşfetti. Rutherford, elektronların ve protonların birleşerek nötr bir parçacık oluşturabileceğini düşündü. kabaca bir protonla aynı kütleye sahipti ve bilim adamları böyle bir parçacığın birkaç yıldır var olduğuna inanıyorlardı. nedenler. Örneğin, helyum çekirdeğinin atom numarası 2, kütle numarası 4 olduğu biliniyordu, bu da bir tür nötr gizemli kütle içerdiği anlamına geliyordu. Yine de hiç kimse bir nötron gözlemlememiş veya var olduğunu kanıtlamamıştı.
Chadwick, bir berilyum örneğini alfa radyasyonu ile bombalamış olan Frédéric ve Irène Joliot-Curie tarafından yürütülen bir deneyle özellikle ilgilendi. Bombardımanın bilinmeyen bir radyasyon ürettiğini ve bunun bir parafin mumu örneğine çarpmasına izin verdiklerinde, malzemeden yüksek enerjili protonların fırlatıldığını gözlemlediler.
Radyasyonun yüksek enerjili fotonlardan oluştuğu açıklamasından memnun olmayan Chadwick deneyi tekrarladı ve radyasyonun ağır parçacıklardan oluşması gerektiği sonucuna vardı. şarj yok. Chadwick, helyum, nitrojen ve lityum da dahil olmak üzere diğer malzemeleri bombalayarak, her parçacığın kütlesinin bir protondan biraz daha fazla olduğunu belirleyebildi.
Chadwick, Mayıs 1932'de “Bir Nötronun Varlığı” adlı makalesini yayınladı. 1934'e gelindiğinde, diğer araştırmacılar nötronun aslında proton ve elektronların bir kombinasyonu değil, temel bir parçacık olduğunu belirlediler.
Chadwick Atom Teorisinin Önemi
Modern atom kavramı, gezegen modelinin özelliklerinin çoğunu korur. Rutherford tarafından kurulmuştur, ancak önemli değişikliklerle Chadwick ve Danimarkalı fizikçi tarafından tanıtılmıştır. Neils Bohr.
Elektronların sınırlandığı ayrık yörüngeler kavramını birleştiren Bohr'du. Bunu, o zamanlar yeni olan ancak bilimsel gerçekler olarak kurulmuş olan kuantum ilkelerine dayandırdı. Bohr modeline göre elektronlar ayrı yörüngelerde yer alırlar ve başka bir yörüngeye geçtiklerinde sürekli miktarlarda değil, kuantum adı verilen enerji demetleri halinde yayarlar veya emerler.
Bohr ve Chadwick'in çalışmalarını birleştiren atomun modern resmi şuna benzer: Atomun çoğu boş uzaydır. Negatif yüklü elektronlar, proton ve nötronlardan oluşan küçük ama ağır bir çekirdeğin yörüngesinde döner. Belirsizlik ilkesine dayanan kuantum teorisi, elektronları hem dalga hem de parçacık olarak kabul ettiğinden, kesin olarak yerleştirilemezler. Bir elektronun yalnızca belirli bir konumda olma olasılığı hakkında konuşabilirsiniz, bu nedenle elektronlar çekirdeğin etrafında bir olasılık bulutu oluşturur.
Çekirdekteki nötron sayısı genellikle proton sayısı ile aynıdır, ancak farklı olabilir. Nötron sayıları farklı olan bir elementin atomlarına o elementin izotopları denir. Çoğu elementin bir veya daha fazla izotopu vardır ve bazılarının birkaçı vardır. Örneğin kalay, 10 kararlı izotopa ve en az iki katı kadar kararsız izotopa sahiptir, bu da ona atom numarasının iki katından önemli ölçüde farklı bir ortalama atom kütlesi verir. James Chadwick'in nötron keşfi hiç gerçekleşmemiş olsaydı, izotopların varlığını açıklamak imkansız olurdu.
James Chadwick'in Atom Bombasına Katkısı
Chadwick'in nötronu keşfi, doğrudan atom bombasının geliştirilmesine yol açtı. Nötronların yükü olmadığı için, hedef atomların çekirdeğine protonlardan daha derinden nüfuz edebilirler. Atom çekirdeğinin nötron bombardımanı, çekirdeklerin özellikleri hakkında bilgi edinmek için önemli bir yöntem haline geldi.
Bununla birlikte, bilim adamlarının süper ağır Uranyum-235'i nötronlarla bombardıman etmenin, çekirdekleri parçalamanın ve muazzam miktarda enerji salmanın bir yolu olduğunu keşfetmeleri uzun sürmedi. Uranyumun bölünmesi, diğer uranyum atomlarını parçalayan daha yüksek enerjili nötronlar üretir ve sonuç kontrol edilemez bir zincirleme reaksiyondur. Bu bilindikten sonra, yalnızca teslim edilebilir bir kasada talep üzerine fisyon reaksiyonunu başlatmanın bir yolunu geliştirme meselesiydi. Şişman Adam ve Küçük Çocuk, Hiroşima ve Nagazaki'yi yok eden bombalar, tam da bunu yapmak için yürütülen Manhattan Projesi olarak bilinen gizli savaş çabasının sonucuydu.
Nötronlar, Radyoaktivite ve Ötesi
Chadwick Atom Teorisi ayrıca radyoaktiviteyi anlamayı mümkün kılar. Doğal olarak oluşan bazı mineraller -insan yapımı olanlar gibi- kendiliğinden radyasyon yayar ve bunun nedeni çekirdekteki göreceli proton ve nötron sayısıyla ilgilidir. Bir çekirdek, eşit sayıda olduğunda en kararlıdır ve diğerinden daha fazla olduğunda kararsız hale gelir. Kararlılığı yeniden kazanma çabası içinde, kararsız bir çekirdek, enerjiyi alfa, beta veya gama radyasyonu şeklinde yayar. Alfa radyasyonu, her biri iki proton ve iki nötrondan oluşan ağır parçacıklardan oluşur. Beta radyasyonu elektronlardan ve fotonların gama radyasyonundan oluşur.
Çekirdek ve radyoaktivite çalışmasının bir parçası olarak bilim adamları, proton ve nötronları daha da inceleyerek, bunların kendilerinin kuark adı verilen daha küçük parçacıklardan oluştuğunu keşfettiler. Çekirdekte protonları ve nötronları bir arada tutan kuvvete kuvvetli kuvvet, kuarkları bir arada tutan kuvvete ise renk kuvveti denir. Güçlü kuvvet, renk kuvvetinin bir yan ürünüdür ve kendisi de başka bir temel parçacık türü olan gluonların değiş tokuşuna bağlıdır.
James Chadwick atom modelinin mümkün kıldığı anlayış, dünyayı nükleer çağa getirdi, ancak çok daha gizemli ve karmaşık bir dünyanın kapısı ardına kadar açık. Örneğin, bilim adamları bir gün atom çekirdekleri ve bunların yapıldığı kuarklar dahil tüm evrenin sonsuz küçük titreşen enerji dizilerinden oluştuğunu kanıtlayabilirler. Her ne keşfederlerse, Chadwick gibi öncülerin omuzlarında durarak yapacaklar.