查德威克誕辰|科學史上的今天:10/20

1911 年,拉塞福發表劃時代的原子模型,指出原子的內部結構是電子圍繞著體積極小的原子核。問題是,若按照電荷數推算原子核內的質子數量,加總後的質量還是小於原子的質量,相差的質量跑去哪裡?對此,拉塞福提出「中性粒子假說」,主張原子核內還有電中性的粒子,是由電子與質子結合而成;例如氫的原子核就是由兩個質子和一個電子所組成。

查德威克。圖片來源:wikipeda

雖然 1928 年就有物理學者根據量子力學指出原子核內不應該有電子,但因為量子力學尚未成為主流,加上拉塞福的權威性,仍然沒有取以代之的模型。沒想到,就像拉塞福推翻恩師 J. J. 湯姆森的布丁模型,最後推翻拉塞福的中性粒子假說的人,也是他自己的徒弟查德威克。

查德威克家境清寒,都是靠獎學金才能繼續升學;大學就讀物理系的系主任就是拉塞福。他念完碩士後,於1913年留學德國,隔年第一次世界大戰爆發,他因為是英國人而被拘禁在集中營,直到 1918 年才獲釋。返國後,他繼續跟著拉塞福做研究。

1932 年初,約里奧-居禮夫婦(居里夫人的女兒和女婿)從原子核中轟出了中子,但他們誤以為那只是特殊的 γ 射線。查德威克從他們論文中的實驗數據看出那應該是一種未知的粒子,於是他日以繼夜地展開實驗,兩星期後就獲得初步成果。二月,他先向《自然》期刊投稿一篇快訊《中子存在的可能性》,五月再正式發表論文,題目就改成《中子的存在》了。

查德威克發現了一個新的基本粒子,因而於 1935 年獲得諾貝爾物理獎。確認中子的存在後,科學家發現不帶電的中子更能有效地打入原子核,引發核分裂的連鎖反應。沒多久,美國用於製造原子彈,結束第二次世界大戰;戰後,各國繼續用以發展核子武器與核能發電,人類從此跨入禍福相倚的原子時代。

本文同時收錄於《科學史上的今天:歷史的瞬間,改變世界的起點》,由究竟出版社出版。


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關於作者

張瑞棋

1987年清華大學工業工程系畢業,1992年取得美國西北大學工業工程碩士。自小喜愛科學新知,浮沉科技業近二十載後,退休賦閒在家,更成為重度閱讀者。當了中年大叔才成為泛科學專欄作者,著有《科學史上的今天》一書,如今又因翻譯《解事者》,而多了個譯者的身分。

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