Experimentul Geiger-Marsden

Experimentul Geiger-Marsden  sau experimentul Rutherford [1] [K 1] [2]  este o serie de experimente inițiate de Rutherford , efectuate între 1909 și 1913 de Hans Geiger și Ernst Marsden , care au servit drept dovadă decisivă a modelului planetar. a atomului . Ei au găsit particule alfa deviate la unghiuri mari în timp ce treceau prin folie subțire de aur. Doar una din 8000 de particule alfa a fost împrăștiată la unghiuri mai mari de 90°. S-a observat uneori o retrodifuzare a particulelor alfa (corespunzătoare la 180°). Modelul Thomson dominant atunci al atomului nu a putut explica rezultatele paradoxale ale acestor experimente, deoarece probabilitatea de împrăștiere la unghiuri mari în acest model ar fi trebuit să fie de ordinul a 10 −3500 [3] .

Pentru a explica împrăștierea particulelor alfa la unghiuri mari, Rutherford, în celebrul său articol [4] , publicat în 1911, a propus un nou model planetar al atomului, în care aproape întreaga masă a atomului este concentrată într-un mic, în comparație cu dimensiunea atomului, nucleu supradens. Conform rezultatelor prelucrării statisticilor de împrăștiere, în același articol, el dă calcule ale mărimii nucleului atomului de aur, iar rezultatul său diferă doar cu 20% de valoarea modernă .

Ultimul experiment din 1913 a fost foarte important pentru fizică, deoarece a confirmat pentru prima dată ipoteza existenței unui nucleu atomic, ceea ce a condus la dezvoltarea în continuare a modelului planetar al atomului lui Rutherford .

Fundal

Teorii anterioare ale structurii atomului

O teorie populară a structurii atomice la momentul experimentului lui Rutherford a fost „ modelul de budincă de prune ”, modelul atomic al lui Thomson, deși el însuși nu și-a numit modelul așa [5] . Acest model a fost proiectat de Lord Kelvin și dezvoltat în continuare de J. J. Thomson . Thomson este un cercetător care a descoperit electronul , care face parte din fiecare atom. Thomson a imaginat atomul ca pe o sferă încărcată pozitiv cu electroni împrăștiați în jurul lui, un pic ca o stafide într-o budincă de Crăciun [6] . Existența protonilor și neutronilor era necunoscută în acel moment. Se știa că atomii sunt foarte mici (Rutherford a sugerat că raza lor era de ordinul a 10 −8 m [4] ). Acest model se bazează complet pe fizica și electrodinamica clasică (newtoniană); în timp ce modelul acceptat în prezent utilizează mecanica cuantică [7] .

Modelul lui Thomson nu a fost în general acceptat nici înainte de experimentele lui Rutherford. Thomson însuși nu a fost niciodată capabil să dezvolte un model complet și stabil al conceptului său. Omul de știință japonez Hantaro Nagaoka a respins modelul lui Thomson pe baza că încărcăturile opuse nu se pot pătrunde unele în altele [8] . În schimb, el a propus ca electronii să se rotească în jurul unei sarcini pozitive, ca inelele din jurul lui Saturn [9] .

Consecințele modelului budincă de prune

O particulă alfa  este o particulă de materie submicroscopică, încărcată pozitiv. Conform modelului lui Thomson, dacă o particulă alfa s-ar ciocni cu un atom, aceasta ar zbura pur și simplu direct, deviând cu o fracțiune de grad cel mult. La scară atomică, conceptul de „materie solidă” își pierde sensul. Un atom Thomson este o sferă cu o sarcină electrică pozitivă, fixată în loc de masa sa. Astfel, o particulă alfa nu va sări de pe un atom ca o minge, ci poate trece dacă câmpurile electrice ale atomului sunt suficient de slabe pentru a permite acest lucru. Modelul lui Thomson a prezis că câmpurile electrice dintr-un atom sunt prea slabe pentru a afecta puternic o particulă alfa care zboară prin el cu viteză mare. Atât sarcinile negative, cât și cele pozitive din interiorul atomului Thomson sunt distribuite în volumul atomului. Conform legii lui Coulomb , cu cât sfera de sarcină electrică este mai puțin concentrată, cu atât câmpul electric de pe suprafața acestei sfere va fi mai slab [10] [11]

Ca exemplu de lucru, luați în considerare o particulă alfa care trece tangențial la un atom de aur în modelul Thomson, unde va experimenta cel mai puternic câmp electric și, astfel, va experimenta deviația maximă cu θ . Deoarece electronii sunt foarte ușori în comparație cu particulele alfa, influența lor poate fi neglijată, astfel încât atomul poate fi considerat ca o sferă grea cu sarcină pozitivă [12] .

Q n  este sarcina pozitivă a atomului de aur ( 79 e = 1,266⋅10 -17  C ) Q α  este sarcina particulei alfa ( 2 e = 3,204⋅10 -19  C ) r  este raza atomului de aur ( 1,44⋅10 -10  m ) v α  este viteza particulei alfa ( 1,53⋅10 7  m/s ) m α  este masa particulei alfa ( 6,645⋅10 -27  kg ) k  - Constanta lui Coulomb ( 8,998⋅10 9  N m 2 /C 2 )

Folosind fizica clasică, modificarea Δp a impulsului transversal al unei particule alfa poate fi aproximată folosind relația dintre impuls și expresia forței Coulomb [13] [14] :

Prin urmare, la unghiuri mici

Calculul de mai sus este doar o aproximare a întregului proces a ceea ce se întâmplă atunci când o particulă alfa se apropie de un atom Thomson, dar răspunsul exact pentru deviație va fi în cel mai bun caz de ordinul unei mici fracțiuni de grad. Dacă o particulă alfa ar trece printr-o folie de aur de aproximativ 0,4 micrometri (2410 atomi) grosime și ar experimenta deviația maximă în aceeași direcție (acest lucru este puțin probabil), atunci deviația ar fi totuși mică [4] .

Rezultatele experimentelor

La direcția lui Rutherford, Geiger și Marsden au efectuat o serie de experimente în care au direcționat un fascicul de particule alfa pe o folie metalică subțire și au măsurat graficul de dispersie folosind un ecran fluorescent . Ei au observat că particulele alfa sară de pe folia metalică în toate direcțiile, unele drept în direcția sursei. Conform modelului lui Thomson, acest lucru ar fi trebuit să fie imposibil; toate particulele alfa trebuiau să treacă. Evident, aceste particule s-au ciocnit cu o forță electrostatică mult mai mare decât sugera modelul lui Thomson. În plus, doar o mică parte din particulele alfa au fost deviate cu mai mult de 90°. Majoritatea particulelor au zburat direct prin folie cu o mică deformare [15] .

Pentru a explica acest rezultat ciudat, Rutherford a sugerat că sarcina pozitivă a atomului era concentrată într-un nucleu minuscul din centrul său. Aceasta, la rândul său, a însemnat că cea mai mare parte a volumului atomului era spațiu gol [16] .

Istoria unei serii de experimente

Ernest Rutherford a fost profesor de fizică la Universitatea Victoria din Manchester [17] (acum Universitatea din Manchester ). El a primit deja multe premii pentru cercetările sale asupra radiațiilor. Rutherford a descoperit existența razelor alfa , razelor beta și razelor gamma și a demonstrat că acestea sunt rezultatul dezintegrarii atomilor . În 1906, un fizician german pe nume Hans Geiger l-a vizitat , iar Rutherford a fost atât de impresionat încât i-a cerut lui Geiger să rămână și să-l ajute cu cercetările sale. Ernest Marsden a fost un student la fizică care a studiat cu Geiger [18] .

Particulele alfa  sunt particule minuscule încărcate pozitiv care sunt emise spontan de anumite substanțe precum uraniul și radiul . Rutherford le-a descoperit în 1899. În 1908, el a încercat să măsoare cu precizie raportul sarcină-masă ( sarcina specifică a electronului ) pentru ei. Pentru a face acest lucru, el trebuia mai întâi să știe câte particule alfa a emis eșantionul său de radiu (după care le-a măsurat încărcătura totală și a împărțit o valoare la alta). Particulele alfa sunt prea mici pentru a fi văzute cu un microscop, dar Rutherford știa că particulele alfa ionizează moleculele de aer, iar dacă aerul se află într-un câmp electric, ionii vor crea un curent electric. Pe baza acestui principiu, Rutherford și Geiger au dezvoltat un dispozitiv simplu de numărare care consta din doi electrozi într-un tub de sticlă. Fiecare particulă alfa care trece prin tub creează un puls de electricitate, al cărui număr poate fi numărat. Aceasta a fost o versiune timpurie a contorului Geiger [18] .

Contorul inventat de Geiger și Rutherford s-a dovedit a fi nesigur, deoarece particulele alfa au fost deviate prea mult din cauza coliziunilor lor cu moleculele de aer din interiorul camerei dispozitivului. Traiectoriile foarte variabile ale particulelor alfa au însemnat că nu toate au generat același număr de ioni pe măsură ce au trecut prin gaz, ceea ce duce la citiri eronate. Acest lucru l-a nedumerit pe Rutherford, deoarece el credea că particulele alfa sunt prea grele pentru a fi deviate atât de mult. Rutherford i-a cerut lui Geiger să afle câtă materie poate împrăștia razele alfa [18] .

Experimentele pe care le-au dezvoltat au implicat bombardarea unei folii de metal cu particule alfa pentru a vedea cum folia le împrăștie în funcție de grosimea și proprietățile materialului. Ei au folosit un ecran fluorescent pentru a măsura traiectoria particulelor. Fiecare lovitură a unei particule alfa de pe ecran producea un fulger mic de lumină. Geiger a lucrat ore întregi într-un laborator întunecat numărând aceste mici scintilații cu un microscop [11] . Rutherford nu a avut suficientă rezistență pentru această muncă, așa că a lăsat-o pe seama colegilor săi mai tineri [19] . Pentru folie metalică, ei au testat o varietate de metale, dar au ales aurul deoarece maleabilitatea aurului face folia foarte subțire [20] . Ca sursă de particule alfa, Rutherford a folosit radon , o substanță de câteva milioane de ori mai radioactivă decât uraniul [7] .

experimentul 1908

Lucrarea lui Geiger din 1908 Despre împrăștierea particulelor α de către materie descrie următorul experiment [21] . A construit un tub lung de sticlă, lung de aproape doi metri. La un capăt al tubului era o „ emanare de radiu ” (R) care a servit drept sursă de particule alfa. Capătul opus al tubului a fost acoperit cu un ecran fosforescent (Z). În mijlocul tubului era o fantă lată de 0,9 mm. Particulele alfa din sursa R au trecut prin fantă și au creat pete luminoase pe ecran. Un microscop cu mărire de 50x (M) a fost folosit pentru a număra scintilațiile de pe ecran și pentru a le împrăștia. Geiger a evacuat tot aerul din tub, astfel încât particulele alfa să nu se împrăștie prea mult și au lăsat pe ecran o imagine strălucitoare și clară, corespunzătoare formei fantei. Apoi Geiger a lăsat puțin aer să intre în tub, iar punctul strălucitor a devenit mai neclar. Geiger a eliminat apoi aerul și a pus niște folie de aur pe slotul AA. Acest lucru a dus și la faptul că punctul luminos de pe ecran a devenit mai neclar. Acest experiment a demonstrat că atât aerul, cât și materia solidă pot împrăștia în mod vizibil particulele alfa. Cu toate acestea, aparatul a făcut posibilă observarea doar a unghiurilor mici de deviere. Rutherford a vrut să știe dacă particulele alfa se împrăștie la unghiuri și mai mari, poate mai mult de 90° [21] [7] .

experimentul 1909

În lucrarea lor din 1909 „ On the Diffuse Reflection of α Particles”, Geiger și Marsden au descris un experiment prin care au demonstrat că particulele alfa pot fi într-adevăr împrăștiate prin unghiuri mai mari de 90° [22] . În experimentul lor, ei au pregătit un tub mic de sticlă conică (AB) care conține „radiație de radiu” ( radon ), „radiu A” (radiu real) și „radiu C” ( bismut- 214); capătul său deschis a fost sigilat cu mica . Tubul a servit ca emițător de particule alfa. Apoi au instalat o placă de plumb (P) în spatele căreia au plasat un ecran fluorescent (S). Tubul a fost ținut pe partea opusă a plăcii, astfel încât particulele alfa pe care le-a emis să nu poată lovi direct ecranul. Ei au observat câteva pâlpâiri pe ecran, deoarece unele dintre particulele alfa au zburat în jurul plăcii, sărind de moleculele de aer. Apoi au plasat o folie de metal (R) pe partea laterală a plăcii de plumb. Ei au îndreptat tubul spre folie pentru a vedea dacă particulele alfa ar putea sări de pe el și să lovească ecranul de cealaltă parte a plăcii și au observat o creștere a numărului de scintilații pe ecran. Numărând scintilațiile, ei au descoperit că metalele cu masă atomică mai mare, cum ar fi aurul (plumb, platină) reflectă mai multe particule alfa decât cele mai ușoare, cum ar fi aluminiul [7] .

Geiger și Marsden au vrut apoi să estimeze numărul total de particule alfa reflectate. Configurația anterioară a fost nepotrivită pentru acest lucru, deoarece tubul conținea mai multe substanțe radioactive (radiu plus produșii săi de descompunere) și, prin urmare, particulele alfa emise aveau energii diferite și pentru că le era dificil să determine cu ce viteză tubul emite particule alfa. De data aceasta au pus o cantitate mică de radiu C (bismut-214) pe o placă de plumb; particulele alfa au sărit de pe reflectorul de platină (R) și au lovit ecranul. Ei au descoperit că doar o mică parte din particulele alfa care au lovit reflectorul au revenit înapoi pe ecran (în acest caz, 1 din 8.000) [22] .

experimentul 1910

Lucrarea lui Geiger din 1910 „The Scattering of α Particles by Matter” descrie un experiment prin care el a căutat să măsoare modul în care unghiul cel mai probabil prin care o particulă α este deviată variază în funcție de materialul prin care trece, grosimea foliei și viteza. particule alfa [23] . A construit un tub de sticlă sigilat din care a fost pompat aer. La un capăt se afla un bec (B) care conținea „radiații cu radiu” ( radon- 222). Folosind mercur, radonul de la B a fost pompat printr-un tub îngust de sticlă, al cărui capăt la A a fost umplut cu mica . La celălalt capăt al tubului era un ecran fluorescent de sulfură de zinc (S). Microscopul pe care l-a folosit pentru a număra blițurile de pe ecran a fost atașat la o scară milimetrică verticală cu un vernier, ceea ce i-a permis lui Geiger să măsoare cu precizie unde apăreau fulgerele de lumină pe ecran și, astfel, să calculeze unghiurile de deviere a particulelor. Lățimea fasciculului de particule alfa emise de A a fost redusă la un fascicul care trece printr-o mică gaură rotundă la D. Geiger a plasat o folie metalică în calea fasciculelor la D și E pentru a observa modificările fulgerelor de pe ecran. De asemenea, ar putea schimba viteza particulelor alfa prin plasarea unor foi suplimentare de mica sau aluminiu in punctul A.

Pe baza măsurătorilor, Geiger a ajuns la următoarele concluzii:

Modelul matematic al modelului de împrăștiere

Luând în considerare rezultatele experimentelor de mai sus, Rutherford a publicat în 1911 un articol de referință intitulat „Scattering of α- and β-particles by matter and the structure of the atom”, în care sugera că o sarcină electrică era conținută în centru. a atomului, care ocupa un volum foarte mic (pe de fapt, Rutherford în calculele sale îl consideră ca o sarcină punctiformă) [4] . În scopul calculelor sale matematice, el a presupus că această sarcină centrală era pozitivă, dar a recunoscut că nu a putut demonstra acest lucru și a trebuit să aștepte rezultatele altor experimente pentru a-și rafina teoria.

Rutherford a dezvoltat o ecuație matematică care descrie împrăștierea particulelor alfa prin folie, cu condiția ca toată sarcina pozitivă și cea mai mare parte a masei atomice să fie concentrate într-un punct din centrul atomului [24] :72–74 .

s  este numărul de particule alfa care cad pe unitate de suprafață la unghiul de deviere Φ ; r  este distanța de la punctul de incidență a razelor α pe materialul de împrăștiere; X  este numărul total de particule incidente pe materialul de împrăștiere; n  este numărul de atomi pe unitatea de volum a materialului; t  este grosimea foliei; Q n  este sarcina pozitivă a nucleului atomic; Q α  este sarcina pozitivă a particulelor alfa; m  este masa particulei alfa; v  este viteza particulei alfa.

Din datele de împrăștiere, Rutherford a estimat sarcina centrală Q n la aproximativ +100 de unități (vezi modelul Rutherford ) [4] .

experimentul 1913

În lucrarea din 1913 „The Laws of Large Angular Deflection of α-Particles”, Geiger și Marsden au descris o serie de experimente cu care au încercat să testeze experimental modelul lui Rutherford. Acesta prezice că numărul de fulgerări pe minut s care vor fi observate la un unghi dat Φ ar trebui să fie proporțional cu [25] :

  1. csc 4 (Φ/2) ;
  2. grosimea foliei t ;
  3. pătratul sarcinii centrale Q n ;
  4. 1 /( mv 2 ) 2 .

Lucrarea din 1913 descrie patru experimente prin care au demonstrat fiecare dintre aceste patru relații.

Pentru a testa modul în care împrăștierea se schimbă cu unghiul de deviere (adică, dacă s ∝ csc 4 (Φ/2) ), Geiger și Marsden au construit un instrument care a constat dintr-un cilindru metalic gol montat pe o placă turnantă. În interiorul cilindrului se afla o folie metalică (F) și o sursă de radiație care conținea radon (R) montată pe o coloană separată (T) care permitea cilindrului să se rotească independent. Coloana era, de asemenea, un tub prin care aerul era pompat din cilindru. Un microscop (M) cu o lentilă obiectiv acoperită cu un ecran fluorescent de sulfură de zinc (S) a pătruns în peretele cilindrului și s-a concentrat pe suprafața foliei metalice. Prin rotirea mesei, microscopul ar putea fi mutat în jurul foliei un cerc complet, permițându-i lui Geiger să observe și să numere particulele alfa deviate până la 150°. Corectând eroarea experimentală, Geiger și Marsden au descoperit că numărul de particule alfa deviate printr-un unghi dat Φ este într-adevăr proporțional cu csc 4 (Φ/2) [25] .

Geiger și Marsden au testat apoi modul în care împrăștierea se modifică cu grosimea foliei (adică dacă s ∝ t ). Au construit un disc (S) cu șase găuri forate. Găurile au fost acoperite cu folie metalică (F) de diferite grosimi sau deloc acoperite pentru control. Acest disc a fost apoi sigilat cu un inel de alamă (A) între două plăci de sticlă (B și C). Discul ar putea fi rotit folosind o tijă (P), astfel încât una dintre ferestre să poată fi plasată în fața sursei de particule alfa (R). Pe geamul din spate era amplasat un paravan din sulfură de zinc (Z) . Geiger și Marsden au descoperit că numărul de scintilații care apar pe un ecran de sulfură de zinc era într-adevăr proporțional cu grosimea filmelor atunci când grosimea indicată era mică [25] .

Geiger și Marsden au refolosit instrumentul de mai sus pentru a măsura modul în care modelul de împrăștiere se schimbă cu pătratul sarcinii nucleare (adică dacă s ∝ Q n 2 ). Geiger și Marsden nu știau care este sarcina pozitivă a nucleelor ​​metalelor lor, dar au presupus că aceasta este proporțională cu greutatea atomică, așa că au testat dacă împrăștierea este proporțională cu pătratul greutății atomice. Geiger și Marsden au acoperit găurile discului cu folii de aur, cositor, argint, cupru și aluminiu. Ei au măsurat puterea de oprire a fiecărui film, echivalând-o cu o grosime echivalentă a aerului. Ei au numărat numărul de scintilații pe minut produse de fiecare folie pe ecran și au împărțit numărul de scintilații pe minut la echivalentul de aer al foliei corespunzătoare și apoi din nou împărțit la rădăcina pătrată a greutății atomice (Geiger și Marsden știau că pentru folii de putere de oprire egală, numărul de atomi pe unitatea de suprafață este proporțional cu rădăcina pătrată a greutății lor atomice). Astfel, pentru fiecare metal, Geiger și Marsden au obținut numărul de scintilații produse de un număr fix de atomi. Apoi, pentru fiecare metal, au împărțit acel număr la pătratul greutății atomice și au descoperit că rapoartele erau mai mult sau mai puțin aceleași. Astfel, au demonstrat că s ∝ Q n 2 [25] .

În cele din urmă, Geiger și Marsden au testat cum se modifică împrăștierea cu viteza particulelor alfa (adică, dacă s ∝ 1/v 4 ). Din nou, folosind același aparat, au încetinit particulele alfa prin plasarea unor foi suplimentare de mică în fața sursei particulelor alfa. Ei au descoperit că, în cadrul erorii experimentale, numărul de pâlpâiri este într-adevăr proporțional cu 1 / v4 [ 25] .

Rutherford determină că nucleul este încărcat pozitiv

În lucrarea sa din 1911 [4] , Rutherford a sugerat că sarcina centrală a atomului este pozitivă, dar sarcina negativă s-ar potrivi și cu modelul său de împrăștiere [26] . Într-o lucrare din 1913, Rutherford a declarat că „nucleul” (cum îl numea el acum) era într-adevăr încărcat pozitiv, pe baza rezultatelor experimentelor privind împrăștierea particulelor alfa în diferite gaze [27] .

În 1917, Rutherford și asistentul său William Kay au început să investigheze trecerea particulelor alfa prin gaze precum hidrogenul și azotul. Într-un experiment în care au iradiat hidrogen cu un fascicul de particule alfa, particulele alfa au proiectat nucleele de hidrogen înainte în direcția fasciculului, mai degrabă decât în ​​direcția opusă. Într-un experiment în care au iradiat azot cu particule alfa, ei au descoperit că particulele alfa scot nucleele de hidrogen (adică protoni) din nucleele de azot [26] .

Legacy

Rutherford a fost uimit când Geiger a raportat observația sa asupra particulelor alfa foarte deviate. Într-o prelegere susținută de Rutherford la Universitatea din Cambridge , el a spus [28] :

A fost cel mai incredibil eveniment care mi s-a întâmplat vreodată în viața mea. A fost aproape la fel de incredibil ca și cum ai tras cu un proiectil de 15 inchi într-o bucată de hârtie absorbantă și s-a întors și te-a lovit. Reflectând, mi-am dat seama că această retroîmprăștiere trebuie să fie rezultatul unei singure coliziuni și, când am făcut calculele, am văzut că este imposibil să obții ceva de acest ordin de mărime, decât dacă iei un sistem în care majoritatea atomului masa este concentrată într-un nucleu minuscul. Atunci mi-a venit ideea unui atom cu un centru minuscul, masiv, care poartă o sarcină.

Text original  (engleză)[ arataascunde] A fost cel mai incredibil eveniment care mi s-a întâmplat vreodată în viața mea. A fost aproape la fel de incredibil ca și cum ai tras cu o obuze de 15 inci într-o bucată de hârtie absorbantă și s-a întors și te-a lovit. Luând în considerare, mi-am dat seama că această împrăștiere înapoi trebuie să fie rezultatul unei singure coliziuni și, când am făcut calcule, am văzut că este imposibil să obținem ceva de acest ordin de mărime decât dacă luați un sistem în care cea mai mare parte a masei a atomului a fost concentrat într-un nucleu minut. Atunci mi-a venit ideea unui atom cu un centru masiv minut, purtând o sarcină.

Laudele s-au revărsat curând. Hantaro Nagaoka , care a propus odată modelul saturnian al atomului, i-a scris lui Rutherford din Tokyo în 1911: „Felicitări pentru simplitatea aparatului pe care îl folosiți și pentru rezultatele strălucitoare pe care le-ați obținut”. Descoperirile acestor experimente au arătat modul în care toată materia de pe Pământ este aranjată și astfel au influențat toate disciplinele științifice și inginerești, făcând-o una dintre cele mai importante descoperiri științifice din toate timpurile. Astronomul Arthur Eddington a numit descoperirea lui Rutherford cea mai importantă realizare științifică de când Democrit a propus existența atomului cu câteva secole mai devreme [19] .

Ca majoritatea modelelor științifice, modelul atomic al lui Rutherford nu a fost nici perfect, nici complet. Conform electrodinamicii clasice , acest lucru era practic imposibil. Particulele încărcate în accelerare radiază unde electromagnetice, astfel încât un electron care orbitează un nucleu atomic ar cădea teoretic în nucleu într-un model spiralat pe măsură ce se pierde energie. Pentru a rezolva această problemă, oamenii de știință au trebuit să includă mecanica cuantică în modelul lui Rutherford [7] . În același an, Niels Bohr a propus o soluție la problema stabilității atomului de hidrogen, în urma căreia modelul nuclear al atomului lui Rutherford a primit recunoaștere universală [2] .

Utilizare

Ideea experimentului este utilizată direct în studiul materialelor cu nuclee grele. Când suprafața cristalului este iradiată, există șansa ca particulele alfa să fie reflectate la unghiuri mari și spre sursă, așa cum au arătat experimentele Geiger-Marsden. Experimentul folosește particule alfa și un accelerator de ioni de până la 1-3 MeV. Măsurarea energiei părții împrăștiate în funcție de unghi oferă informații despre compoziția elementară a suprafeței materialului [29] .

Note

Comentarii
  1. ↑ Cu toate acestea, unii cercetători consideră această denumire incorectă, deoarece nu poate fi atribuită decât experimentului lui Rutherford însuși din 1906 ( Leone et al. ).
Surse
  1. ↑ Chimie. Curs pentru liceu / Per. din engleza. Semenenko K. N. - al 2-lea. - M . : Mir, 1971. - S. 367.
  2. ↑ 12 Leone și colab., 2018 .
  3. ↑ Canals, Enric Pérez Canals. History of quantum physics through experiments = Història de la Física Quàntica a través dels experiments. - 2018. - S. 54.
  4. ↑ 1 2 3 4 5 6 Rutherford E. Răspândirea particulelor α și β de către materie și structura atomului  //  Philosophical Magazine, Seria 6 : jurnal. - 1911. - Vol. 21 . - P. 669-688 . - doi : 10.1080/14786440508637080 .
  5. ↑ Istoria atomului - Teorii și  modele . https://www.compoundchem.com/ . Data accesului: 25 aprilie 2021.
  6. ↑ Thomson, Joseph J. (1904). „Despre structura atomului: o investigație a stabilității și a perioadelor de oscilație a unui număr de corpusculi aranjați la intervale egale în jurul circumferinței unui cerc; cu Aplicarea Rezultatelor la Teoria Structurii Atomice” . Revista Filosofică . Seria 6. 7 (39): 237. doi : 10.1080/14786440409463107 .
  7. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Baily, C. Modele atomice timpurii - de la mecanic la cuantic (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, Ioan; Gjertsen, Derek. Un dicționar al oamenilor de știință . - Oxford University Press , 1999. - P. 395. - ISBN 978-0-19-280086-2 .
  9. ↑ Nagaoka, Hantaro (1904). „Cinetica unui sistem de particule care ilustrează linia și spectrul benzii și fenomenele de radioactivitate” . Revista Filosofică . Seria 6. 7 (41): 445-455. DOI : 10.1080/14786440409463141 .
  10. ↑ Hiperfizică . Universitatea de Stat din Georgia . Preluat la 13 august 2014.
  11. ↑ 12 Geiger și Marsden . Laboratorul Cavendish . Preluat la 23 iulie 2014. Arhivat din original la 6 octombrie 2014.
  12. ↑ Jewett, John W., Jr.; Serway, Raymond A. Early Models of the Atom // Fizica pentru oameni de știință și ingineri cu fizică modernă. — al 9-lea. — Brooks/Cole, 2014. — P. 1299.
  13. ↑ Canals, 2018 , p. 53.
  14. ↑ Fowler, Michael Rutherford Scattering . Note de curs pentru Fizică 252 . Universitatea din Virginia . Preluat: 23 iulie 2014.
  15. ↑ Maniere, Bucurie. Fizica cuantică: o introducere . - CRC Press, 2000. - ISBN 978-0-7503-0720-8 .
  16. ↑ Gorelov, A. A. Concepte de științe naturale moderne: un manual pentru învățământul secundar profesional / A. A. Gorelov. - Ed. a IV-a, revizuită. și suplimentare .. - M . : Yurayt, 2019. - S. 47. - 355 p. — ISBN 978-5-534-10214-7 .
  17. ↑ Pais, Abraham. Limitat în interior: a materiei și a forțelor din lumea fizică . - Oxford Oxfordshire New York: Clarendon Press Oxford University Press, 1986. - ISBN 9780198519973 .
  18. ↑ 1 2 3 Heilbron, John L. Ernest Rutherford și explozia atomilor. - Oxford University Press , 2003. - ISBN 978-0-19-512378-4 .
  19. ↑ 1 2 Reeves, Richard. O forță a naturii: geniul de frontieră al lui Ernest Rutherford . - W. W. Norton & Co. , 2008. - ISBN 978-0-393-07604-2 .
  20. ↑ Tibbetts, Gary. Cum au raționat marii oameni de știință: metoda științifică în acțiune. - Elsevier , 2007. - ISBN 978-0-12-398498-2 .
  21. ↑ 1 2 Geiger, Hans (1908). „Despre împrăștierea particulelor α de către materie”. Proceedings of the Royal Society of London A. 81 (546): 174-177. Cod biblic : 1908RSPSA..81..174G . DOI : 10.1098/rspa.1908.0067 .
  22. ↑ 1 2 Geiger, Hans; Marsden, Ernest (1909). „Despre o reflexie difuză a particulelor α”. Proceedings of the Royal Society of London A. 82 (557): 495-500. Cod biblic : 1909RSPSA..82..495G . DOI : 10.1098/rspa.1909.0054 .
  23. ↑ 1 2 Geiger, Hans (1910). „Răspândirea particulelor α de către materie”. Proceedings of the Royal Society of London A. 83 (565): 492-504. Cod biblic : 1910RSPSA..83..492G . DOI : 10.1098/rspa.1910.0038 .
  24. ↑ Landau L. D., Lifshits E. M. Mechanics. - Ediția a 5-a, stereotip. — M .: Fizmatlit , 2004 . — 224 p. — („Fizica teoretică”, volumul I). - ISBN 5-9221-0055-6 .
  25. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 Geiger, Hans; Marsden, Ernest (1913). „Legile deflexiunii particulelor α prin unghiuri mari” (PDF) . Revista Filosofică . Seria 6. 25 (148): 604-623. DOI : 10.1080/14786440408634197 .
  26. ↑ 1 2 Lumea nucleară a lui Rutherford: Povestea descoperirii nucleului . Institutul American de Fizică. Preluat: 23 octombrie 2014.
  27. ↑ Rutherford, Ernest; Nuttal, John Mitchell (1913). „Răspândirea particulelor α de către gaze” . Revista Filosofică . Seria 6. 26 (154): 702-712. DOI : 10.1080/14786441308635014 .
  28. ↑ Rutherford, Ernest; Ratcliffe, John A. Patruzeci de ani de fizică // Background to Modern Science. — Cambridge University Press , 1938.
  29. ↑ Oura, K.; Foi de salvare, VG; Saranin, A.A.; Zotov, A.V.; Katayama, M. Știința suprafeței: o introducere. - Springer-Verlag , 2003. - ISBN 3-540-00545-5 .

Literatură

  Accesați articolul Wikidata  Dicționare și enciclopedii