查德威克发现了什么

从一战后到1923年，查德威克一直担任卡文迪许放射性研究工作的助理指导，并参与了卢瑟福在1919年所作的第—次人工核反应的研究工作。通过这一系列的实验工作，他清楚地意识到，当用带2个正电荷的α粒子轰击原子核时，将会遭到强大的静电斥力。为此，他早在1923年就写信告诉卢瑟福说：“我本人认为我们必须对不带电荷的中子做一次真正的研究，现在我已经有了一个迫切的工作计划，但还是应该事前和阿斯顿商量”。从这里人们不难看出，早在他发现中子前十年，已为中子的发现作出了周密计划，所以查德威克作为中子的第—个发现者确是当之无愧的。

至于查德威克用来发现中子的实验装置也是十分简单的。查德威克对实验中所产生的“射线”进行了仔细观察。结果发现它们和已知的γ射线和x射线一样，也不会被磁场偏转，这就证明组成它们的确是一些中性粒子。然而它们的行进速率却是太慢了，仅是光速的十分之一左右，而通常γ射线的行进速率是和光速相近的。所以它们不可能是属于γ射线。

1930 年, 德国物理学家W．波特和他的学生H．贝克发现了一件奇怪的现象．当他们用 粒子轰击原子序数为4 的元素铍时, 按照以往的实验情况, 粒子应该从铍元素的原子核里打出质子来．但与预期的相反, 实验中出现的并不是质子, 而是一种强度不大而穿透力很强的射线．这种射线能穿透几厘米厚的铜板, 而其速度并不明显减小．当时就称其为铍辐射．玻特认为这种辐射可能是γ射线之类的东西．

约里奥—居里夫妇在1931 年底, 也开始研究这种神秘的铍辐射．他们将石蜡置于这种辐射源的后面, 来看看石蜡是否会吸收这种射线．然而使他们非常惊奇的是, 石蜡中竟然飞出了质子! 这简直是不可思议的怪事．γ射线是质量几乎为零的光子, 怎么也不可能碰动质量比它大得多的质子, 就象乒乓球碰不动汽车那样．

约里奥—居里夫妇试图以康普顿效应来解释这种现象, 并于1932 年1月18 日将其结果发表在《报告》上．

詹姆斯·查德威克看到他们的文章后, 就将实验情况告诉了他的老师卢瑟福爵士．卢瑟福激动地说: ｀我不相信! ＇于是查德威克对这种辐射进行了反复实验．通过比较, 他证实: 这类辐射中含有一种质量近似等于质子质量的中性物质成分, 他把它命名为中子．

1932 年2 月17 日, 查德威克把他的这一重大结果发表在《自然杂志》上．就这样, 一项重大发现在约里奥—居里夫妇的手中溜走了! 据说, 卢瑟福坚持要把发现中子的诺贝尔物理奖发给查德威克, 说他完全应得到它．有人对卢瑟福提出: 约里奥—居里夫妇对此作出了必不可少的贡献! 他回答说: ｀发现中子的诺贝尔奖单独给查德威克, 至于约里奥夫妇嘛, 他们是那样聪明, 不久会因别的项目而得奖的．

中子的发现对核物理有着巨大而深远的影响．它使原子核物理学从此走上了一个新的开端．

中子的发现

在物理学史上，中子的发现经历了一段曲折而富戏剧性的认识过程。它曾与著名的实验物理学家约里奥·居里夫妇擦肩而过，而给这对夫妇带来几多遗憾。今天，重温这段历史，仍使我们受到不少启迪。

中子的发现是与人们对原子核的结构的探索分不开的。

1． 质子的发现和原子核的“质子—电子”模型假说

1911年，英国物理学家卢瑟福根据α粒子散射实验的结果提出了原子的核式结构模型，这个模型得到玻尔的支持和发展，很快得到物理学家们的公认。此后，一系列问题又摆在物理学家们的面前：原子核是由什么构成的？原子核还有没有结构、能不能再分？

1919年，卢瑟福做了用镭放射出的α粒子轰击氮原子核的实验，发现了质子，第一次实现了原子核的人工嬗变。当时人们认识到的基本粒子仅限于质子、电子和光子，这样在本世纪20年代，人们普遍认为，原子核是由质子和电子组成的，并假定，原子量为N、原子序数为Z的核应由N个质子、N—Z个电子组成的，这个原子核又与Z个轨道电子组成中性原子，这就是原子核的“质子—电子”模型。但这个假说却遇到了一定的困难。困难之一：电子究竟以什么状态在原子核内。在“质子—电子”模型假设中，电子是以个体方式在核内存在的，原子核的半径估计为 ，当N=238时R约为87 厘米，而电子的经典半径是28 厘米，作为个体部分的电子竟与核的整体几乎相差无几！这是不可想象的；困难之二：根据海森堡1927年提出的测不准原理，把电子束缚在很小的核内，它的动量将有很大的不确定性，因而它在核内逗留的时间不能超过几分之一秒；困难之三：它与量子力学中的多体统计与自旋理论相矛盾。1925年，乌伦贝克和古德斯密特根据光谱提出，电子具有自旋，它的量子数等于1/2，质子的量子数也等于1/2，这样对氮核来说，由于它有14个质子和7个电子，因而这些粒子的总自旋数应取分数值，然而实验表明，氮原子核的自旋等于1。对于后两个困难，不少著名物理学家怀疑是量子力学不适用于原子核内部，而丝毫不怀疑“质子—电子”模型本身存在问题。

2． 卢瑟福关于“中子”的预言

在“质子—电子”模型的后两个困难还没有出现时，针对第一个困难，卢瑟福就指出（1920），如果把一个质子和一个电子作为一个复合体，看成是单独的一个粒子，理论的矛盾就能够得到解决，这种“质子—电子”复合体应当是电中性的。他预言道：“在某些条件下，一个电子有可能更紧密地同氢核相结合，从而形成一个中性偶极子。这样一个原子将具有很异常的特性。它的外部电场实际上将等于零，除非很靠近它的核。因此，它能够很自由地通过物质。用分光镜来探测它的特性可能是困难的，把它保存在一个密闭的容器中也是不可能的。另一方面，它应当很容易地进入原子结构中，或是同核结合，或是被核的强场分裂。”卢瑟福声称：“这种原子的存在对于解释重元素的原子核的组成看来是必不可少的”。20年代初，卡文迪什实验室的研究者们，曾试图使强电流通过氢放电管来探测这种假设的“中子”的生成，均未获成功。

3． 博特的铍辐射实验

1930年，德国物理学家博特（wwGBothe,1891~1957）和贝克(HBecker)用α粒子轰击较轻的元素，特别是轰击铍时，发现从铍中发射一种强度不大但穿透力极强的射线。这种射线在电场和磁场中都不发生偏转（因而不带电），在穿透2厘米厚的铅板之后，射线的强度只减弱13%。当时把这种射线称作是铍辐射。根据当时已经发现的各种辐射的研究，α射线和β射线都没有这么强的穿透力。唯一能穿透铅板且不带电的是γ射线，因此这两位物理学家错误地认为他们发现的是高能γ射线。根据这种射线在透过铅板后强度减弱的情况，他们推算出这种射线的能量约为10兆电子伏特左右。

4． 约里奥·居里夫妇的铍辐射轰击石蜡实验

1932年，约里奥·居里夫妇重复了博特的铍辐射实验，他们的实验条件很好，有强大的射线源，很容易就得到与博特相同的结果。为了测量物质对铍辐射的吸收，他们把各种物质放在铍板与辐射测量仪之间，意外地发现，当把石蜡放在铍辐射经过的路径上时，辐射测量仪记录到的粒子数不仅没有减少，反而比不放石蜡时多得多。经过鉴定，他们发现，从石蜡里飞出的是质子。这表明，铍辐射从石蜡中打出了质子。根据打出的质子的速度，他们推算出这种射线的能量是50兆电子伏特，这与上述10兆电子伏特相去甚远。然而，约里奥·居里夫妇还是沿着博特的错误思路思考，他们把这一现象解释为光子同质子的康普顿散射。1932年1月18日，约里奥·居里夫妇发表了他们的实验结果和评论。由于他们对理论的轻视，使他们白白失去了一次发现中子的机会。

5．查德威克发现中子

约里奥·居里夫妇的论文传到英国，英国物理学家查德威克看了他们的论文并把论文的内容告诉了卢瑟福。据说卢瑟福听了他们的解释时大声喊道：“我不相信”， 查德威克也不相信这种解释，他经过一番思考，随即意识到：反冲质子有这么大的能量绝不可能是光子碰撞的结果，而很可能是十年前卢瑟福所预言的“中性粒子”碰撞所致。他用钋加铍作为放射源，使用这种新射线去轰击氢、氦、氮等元素，结果发现这种射线的性质与通常的射线有所不同，通常的射线照射到物质上，物质密度越大，对射线吸收的就越厉害。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。由于这种粒子流不带电，电场和磁场对它不起作用，所以不能利用它在磁场或电场中的径迹来计算它的质量。查德威克认为，这种粒子穿过物质时它将与物质中的原子核发生弹性碰撞，从而把能量传递给原子核，使被碰撞的原子核运动，测出被碰原子核的速度，就可根据动量守恒和能量守恒把这种粒子的质量算出来。通过对氢原子和氮原子的轰击，他算出这种粒子的质量与质子的质量近乎相等，他把这种射线的粒子称为“中子”

6． 中子发现的意义

中子的发现对核物理学的发展有巨大而深远的影响。中子是一种全新的粒子，它的发现，使得建立一种没有电子参与的原子核模型成为可能，也解决了量子力学是否适用于原子核内部的问题。就在中子发现不久，著名物理学家海森堡就发表论文指出，量子力学同样适用于原子核内部，并指出原子核是由质子和中子构成的。由于中子不带电，它和原子核之间没有库仑斥力，它可以到达所有的原子核，使促使原子核嬗变的最有效工具；中子的发现还导致了对核力的研究，促进了粒子物理学的发展。

7． 几点启示

“中子”这个概念最初是卢瑟福为解决理论面临的困难提出来而后又在实验中找到的。查德威克所以获得成功的原因之一是，他在思想上对中子的概念早有考虑。在此之前，他曾用强放电或其他方法企图产生中子，未获成功，所以当中子出现时他能立即清楚而令人信服地发现了它；而约里奥·居里夫妇，由于没有这种思想准备，中子显然在他们的实验中出现了，可他们却不认识它。这正如约里奥所说：“要是我们夫妻俩听过卢瑟福的贝克利演讲的话，就不会让查德威克捷足先登了。”这从一个侧面也反映出在科学研究中学术思想的交流是多么必要。

发现质子的科学家是卢瑟福，发现质子的核反应方程式是：

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发现中子的科学家是查德威克，发现中子的核反应方程式是：

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故答案为：卢瑟福，

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查德威克（全名詹姆斯·查德威克）因为发现了"中子"而获得诺贝尔物理学奖。

查德威克：英国实验物理学家，1891年10月20日生于英国柴郡，毕业于曼彻斯特大学物理学院。查德威克因发现中子的杰出贡献，获得1935年诺贝尔物理学奖。

科学家查德威克获得过诺贝尔奖(1935年诺贝尔物理学奖)。

查德威克：英国实验物理学家，1891年10月20日生于英国柴郡，毕业于曼彻斯特大学物理学院。1919年，入英国剑桥大学从事a粒子人工轰击各种元素的试验。1923年被任命为剑桥大学卡文迪什实验室主任助理。1935～1948任利物浦大学教授。1939～1943年参加“英国及美国曼哈顿工程地原子弹研究”，获得多种荣誉。1935年获诺贝尔物理学奖。1974年7月24日去世。

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