56. ERNEST RUTHERFORD (1871–1937) Ernest Rutherford dianggap sebagai fisikawan eksperimental terhebat abad kedua puluh. Dia adalah tokoh sentral dalam pengetahuan kita tentang radioaktivitas dan orang yang memelopori fisika nuklir. Selain miliknya

Bagaimana Ernest Rutherford mengklasifikasikan sains? Selama sebagian besar abad ke-20 (dari tahun 1910-an hingga 1960-an), banyak fisikawan meremehkan rekan-rekan ilmiah mereka di bidang sains lainnya. Mereka mengatakan itu ketika istri orang Amerika

RUTHERFORD (Rutherford, Ernest, 1871–1937), fisikawan Inggris 52 Ilmu pengetahuan dibagi menjadi fisika dan pengumpulan prangko. Seperti “kelucuan terkenal” Rutherford yang diberikan dalam buku tersebut. Ernest Rutherford dari JB Burks di Manchester (1962). ? Birks J.B. Rutherford di Manchester. – London, 1962, hal.

BEVIN, Ernest (Bevin, Ernest, 1881–1951), politisi Partai Buruh Inggris, 1945–1951. Menteri Luar Negeri29Jika Anda membuka kotak Pandora ini, tidak ada yang tahu jenis kuda Troya apa yang akan muncul.Tentang Dewan Eropa; diberikan dalam buku tersebut. R. Barclay "Ernest Bevin dan Kantor Luar Negeri" (1975).

RENAN, Ernest (Renan, Ernest, 1823–1892), sejarawan Prancis23b keajaiban Yunani. // Miracle grec.“Doa ke Acropolis” (1888) “Untuk waktu yang lama saya tidak lagi percaya pada keajaiban dalam arti harfiah; dan nasib unik orang-orang Yahudi, yang mengarah kepada Yesus dan agama Kristen, bagi saya tampak seperti sesuatu yang penting

Halaman pertama artikel E. Rutherford di Philosophical Magazine, 6, 21 (1911), di mana konsep “inti atom” pertama kali diperkenalkan.

Inti atom, ditemukan 100 tahun lalu oleh E. Rutherford, adalah sistem terikat dari interaksi proton dan neutron. Setiap inti atom memiliki keunikannya masing-masing. Untuk menggambarkan inti atom, berbagai model telah dikembangkan yang menggambarkan ciri-ciri spesifik individu dari inti atom. Studi tentang sifat-sifat inti atom membuka dunia baru - dunia kuantum subatom, dan mengarah pada pembentukan hukum kekekalan dan simetri baru. Pengetahuan yang diperoleh dalam fisika nuklir banyak digunakan dalam ilmu-ilmu alam mulai dari studi sistem kehidupan hingga astrofisika.

1. 1911 Rutherford menemukan inti atom.

Dalam Philosophical Magazine edisi Juni 1911, karya E. Rutherford "Hambatan partikel α- dan β oleh materi dan struktur atom" diterbitkan, di mana konsep "inti atom".
E. Rutherford menganalisis hasil karya G. Geiger dan E. Marsden tentang hamburan partikel α pada kertas emas tipis, di mana secara tidak terduga ditemukan bahwa sejumlah kecil partikel α dibelokkan dengan sudut yang lebih besar dari 90°. Hasil ini bertentangan dengan model atom yang dominan pada saat itu oleh J. J. Thomson, yang menyatakan bahwa atom terdiri dari elektron-elektron bermuatan negatif dan listrik positif dalam jumlah yang sama yang terdistribusi secara merata dalam bola berjari-jari R ≈ 10 - 8 cm. oleh Geiger dan Marsden, Rutherford mengembangkan model hamburan suatu muatan listrik titik oleh muatan titik lain berdasarkan hukum Coulomb dan hukum gerak Newton dan memperoleh ketergantungan probabilitas hamburan partikel α pada sudut θ pada energi E dari kejadian partikel α

Distribusi sudut partikel α yang diukur dengan Geiger dan Marsden hanya dapat dijelaskan jika kita berasumsi bahwa atom mempunyai muatan pusat yang tersebar di suatu wilayah seukuran<10 -12 см. Результирующий заряд ядра приблизительно равен Ae/2, где A - вес атома в атомных единицах массы, e - фундаментальная единица заряда. Точность определения величины заряда ядра золота составила ≈ 20%. Так возникла планетарная модель атома, согласно которой атом состоит из массивного положительно заряженного атомного ядра и вращающихся вокруг него электронов. Так как в целом атом электрически нейтрален - положительный заряд ядра компенсировался отрицательным зарядом электронов. Число электронов в атоме определялось величиной заряда ядра Z.

Pada tahun 1910, seorang ilmuwan muda bernama Marsden mulai bekerja di laboratorium Rutherford. Dia meminta Rutherford untuk memberinya masalah yang sangat sederhana. Rutherford menginstruksikannya untuk menghitung partikel alfa yang melewati materi dan menemukan hamburannya. Pada saat yang sama, Rutherford mencatat bahwa, menurutnya, Marsden tidak akan menemukan sesuatu yang nyata. Rutherford mendasarkan pertimbangannya pada model atom Thomson yang diterima saat itu. Sesuai dengan model ini, atom diwakili oleh bola berukuran 10 -8 cm dengan muatan positif yang terdistribusi merata, di mana elektron diselingi. Getaran harmonis yang terakhir menentukan spektrum emisi. Mudah untuk menunjukkan bahwa partikel alfa dapat dengan mudah melewati bola seperti itu, dan hamburan khusus tidak dapat diharapkan. Partikel alfa menghabiskan seluruh energi di sepanjang jalurnya untuk mengeluarkan elektron, yang mengionisasi atom di sekitarnya.
Marsden, di bawah bimbingan Geiger, mulai melakukan pengamatannya dan segera menyadari bahwa sebagian besar partikel α melewati materi, namun masih ada hamburan yang terlihat, dan beberapa partikel tampaknya memantul kembali. Ketika Rutherford mengetahui hal ini, dia berkata:
— Ini tidak mungkin. Hal ini sama mustahilnya dengan peluru yang tidak mungkin memantul dari kertas.
Ungkapan ini menunjukkan betapa konkrit dan kiasannya ia memandang fenomena tersebut.
Marsden dan Geiger menerbitkan karya mereka, dan Rutherford segera memutuskan bahwa gagasan atom yang ada tidak benar dan perlu direvisi secara radikal.
Dengan mempelajari hukum distribusi partikel α yang dipantulkan, Rutherford mencoba menentukan distribusi medan apa di dalam atom yang diperlukan untuk menentukan hukum dispersi di mana partikel α dapat kembali lagi. Dia sampai pada kesimpulan bahwa hal ini mungkin terjadi ketika seluruh muatan terkonsentrasi tidak di seluruh volume atom, tetapi di pusatnya. Ukuran pusat yang disebutnya nukleus ini sangat kecil: 10 -12 —10 -13 berdiameter cm. Tapi di manakah kita harus menempatkan elektron? Rutherford memutuskan bahwa elektron bermuatan negatif harus didistribusikan dalam lingkaran - elektron tersebut dapat ditahan melalui rotasi, gaya sentrifugal yang menyeimbangkan gaya tarik menarik muatan positif inti. Akibatnya, model atom tidak lebih dari suatu tata surya tertentu, yang terdiri dari inti - matahari dan elektron - planet. Jadi dia menciptakan model atomnya.
Model ini menimbulkan kebingungan total, karena bertentangan dengan beberapa prinsip dasar fisika yang tampaknya tak tergoyahkan..

hal. Kapitsa. "Kenangan Profesor E. Rutherford"

Eksperimen 1909-1911 oleh G. Geiger dan E. Marsden

G. Geiger dan E. Marsden melihat bahwa ketika melewati lapisan emas tipis, sebagian besar partikel α, seperti yang diharapkan, terbang tanpa defleksi, tetapi secara tidak terduga ditemukan bahwa beberapa partikel α dibelokkan pada sudut yang sangat besar. Beberapa partikel alfa bahkan tersebar ke arah berlawanan. Perhitungan kuat medan listrik atom pada model Thomson dan Rutherford menunjukkan perbedaan yang signifikan antara model tersebut. Kuat medan muatan positif yang didistribusikan ke permukaan atom dalam kasus model Thomson adalah ~10 13 V/m. Dalam model Rutherford, muatan positif terletak pada pusat atom di daerah R< 10 -12 см создаёт напряженности поля на 8 порядков больше. Только такое сильное электрического поле массивного заряженного тела может отклонить α-частицы на большие углы, в то время как в слабом электрическом поле модели Томсона это было невозможно.

E.Rutherford, 1911 “Sudah diketahui umum hal ituα - Danβ -partikel, ketika bertabrakan dengan atom suatu zat, mengalami penyimpangan dari jalur lurus. Hamburan ini lebih terlihat diβ -partikel dariα -partikel, karena mereka memiliki impuls dan energi yang jauh lebih rendah. Oleh karena itu, tidak ada keraguan bahwa partikel yang bergerak cepat tersebut menembus atom yang ditemuinya dan bahwa penyimpangan yang diamati disebabkan oleh kuatnya medan listrik yang bekerja di dalam sistem atom. Biasanya diasumsikan bahwa hamburan sinarα - atauβ -sinar yang melewati pelat tipis suatu zat adalah hasil dari banyak hamburan kecil selama lewatnya atom-atom suatu zat. Namun pengamatan yang dilakukan Geiger dan Marsden menunjukkan jumlah tertentuα -partikel dalam satu tumbukan mengalami defleksi lebih dari 90°. Perhitungan sederhana menunjukkan bahwa medan listrik yang kuat harus ada di dalam atom agar defleksi sebesar itu dapat tercipta dalam satu tumbukan.”

1911 E.Rutherford. Inti atom

α + 197 Au → α + 197 Au

Ernest Rutherford (1891-1937)

Berdasarkan model atom planet, Rutherford memperoleh rumus yang menggambarkan hamburan partikel α pada lapisan emas tipis, konsisten dengan hasil Geiger dan Marsden. Rutherford berasumsi bahwa partikel α dan inti atom yang berinteraksi dengannya dapat dianggap sebagai massa titik dan muatan dan bahwa hanya gaya tolak menolak elektrostatik yang bekerja antara inti bermuatan positif dan partikel α dan bahwa inti tersebut sangat berat dibandingkan dengan partikel α yang bermuatan positif. tidak bergerak saat berinteraksi. Elektron berputar mengelilingi inti atom pada karakteristik skala atom ~10-8 cm dan, karena massanya yang rendah, tidak mempengaruhi hamburan partikel α.

Pertama, Rutherford memperoleh ketergantungan sudut hamburan partikel α dengan energi E pada parameter tumbukan b dari tumbukan dengan inti titik masif. b - parameter tumbukan - jarak minimum partikel α akan mendekati inti jika tidak ada gaya tolak menolak di antara keduanya, θ - sudut hamburan partikel α, Z 1 e - muatan listrik partikel α, Z 2 e - inti muatan listrik.
Rutherford kemudian menghitung berapa fraksi berkas partikel berenergi E yang dihamburkan dengan sudut bergantung pada muatan inti Z 2 e dan muatan partikel Z 1 e. Jadi, berdasarkan hukum klasik Newton dan Coulomb, diperoleh rumus hamburan Rutherford yang terkenal. Hal utama dalam menurunkan rumus ini adalah asumsi bahwa atom mengandung pusat bermuatan positif yang sangat besar, yang dimensinya adalah R< 10 -12 см.

E.Rutherford, 1911: “Asumsi paling sederhana adalah bahwa atom mempunyai muatan pusat yang tersebar pada volume yang sangat kecil, dan penyimpangan tunggal yang besar disebabkan oleh muatan pusat secara keseluruhan, dan bukan pada bagian-bagian penyusunnya. Pada saat yang sama, data eksperimen tidak cukup akurat untuk menyangkal kemungkinan adanya sebagian kecil muatan positif dalam bentuk satelit yang terletak agak jauh dari pusat... Perlu dicatat bahwa perkiraan yang ditemukan Nilai muatan pusat atom emas (100e) kira-kira sama dengan nilai yang ditemukan dimana atom emas terdiri dari 49 atom helium yang masing-masing membawa muatan 2e. Mungkin ini hanya kebetulan, tapi sangat menggiurkan jika dilihat dari emisi atom helium yang membawa dua unit muatan oleh zat radioaktif.”

JJ Thomson dan E. Rutherford

E.Rutherford, 1921:“Konsep struktur inti atom awalnya muncul dari upaya untuk menjelaskan hamburan partikel pada sudut yang besar ketika melewati lapisan tipis suatu materi. Karena partikel α mempunyai massa yang besar dan kecepatan yang tinggi, penyimpangan yang signifikan ini sangatlah luar biasa; mereka mengindikasikan adanya energi listrik yang sangat kuat! atau medan magnet di dalam atom. Untuk menjelaskan hasil ini, perlu diasumsikan bahwa atom terdiri dari inti masif bermuatan, berukuran sangat kecil dibandingkan dengan nilai diameter atom yang biasanya diterima. Inti bermuatan positif ini mengandung sebagian besar massa atom dan pada jarak tertentu dikelilingi oleh elektron negatif yang didistribusikan dengan cara tertentu; yang jumlahnya sama dengan jumlah muatan positif inti. Dalam kondisi seperti itu, medan listrik yang sangat kuat harus ada di dekat inti dan partikel α, ketika bertemu dengan atom individu, yang lewat di dekat inti, dibelokkan pada sudut yang signifikan. Dengan asumsi gaya-gaya listrik berbanding terbalik dengan kuadrat jarak pada daerah yang berdekatan dengan inti, penulis memperoleh hubungan yang menghubungkan jumlah partikel α yang tersebar pada sudut tertentu dengan muatan inti dan energi α. -partikel.
Pertanyaan apakah nomor atom suatu unsur merupakan ukuran sahih dari muatan inti suatu unsur sangatlah penting sehingga setiap metode yang mungkin harus diterapkan untuk menyelesaikannya. Beberapa penelitian sedang dilakukan di Laboratorium Cavendish untuk menguji keakuratan hubungan ini. Dua metode paling langsung didasarkan pada studi hamburan sinar α dan β yang cepat. Metode pertama digunakan oleh Chadwick yang menggunakan teknik baru; yang terakhir adalah oleh Crowthar. Hasil yang diperoleh Chadwick sejauh ini sepenuhnya mengkonfirmasi identitas nomor atom dengan muatan inti dalam batas kemungkinan keakuratan percobaan, yang bagi Chadwick adalah sekitar 1%.”

Terlepas dari kenyataan bahwa kombinasi dua proton dan dua neutron merupakan formasi yang sangat stabil, saat ini diyakini bahwa partikel tidak termasuk dalam inti sebagai formasi struktur independen. Dalam kasus unsur radioaktif α, energi ikat partikel α lebih besar daripada energi yang diperlukan untuk melepaskan dua proton dan dua neutron secara terpisah dari inti, sehingga partikel α dapat dipancarkan dari inti meskipun tidak terdapat dalam inti. inti sebagai pendidikan mandiri.
Asumsi Rutherford bahwa inti atom dapat terdiri dari sejumlah atom helium atau satelit inti yang bermuatan positif adalah penjelasan yang sepenuhnya wajar atas penemuannya. α radioaktivitas. Gagasan bahwa partikel dapat tercipta sebagai hasil dari berbagai interaksi belum ada pada saat itu.
Penemuan inti atom oleh E. Rutherford pada tahun 1911 dan studi selanjutnya tentang fenomena nuklir secara radikal mengubah pemahaman kita tentang dunia di sekitar kita. Ini memperkaya ilmu pengetahuan dengan konsep-konsep baru dan merupakan awal dari studi tentang struktur subatom materi.

Fisikawan Inggris Ernest Rutherford lahir di Selandia Baru, dekat Nelson. Dia adalah salah satu dari 12 anak pembuat roda dan pekerja konstruksi James Rutherford, seorang Skotlandia, dan Martha (Thompson) Rutherford, seorang guru sekolah Inggris. Rutherford pertama kali bersekolah di sekolah dasar dan menengah setempat, dan kemudian menjadi mahasiswa beasiswa di Nelson College, sebuah sekolah tinggi swasta, di mana ia membuktikan dirinya sebagai siswa berbakat, terutama dalam matematika. Berkat keberhasilan akademisnya, Rutherford menerima beasiswa lain, yang memungkinkan dia untuk kuliah di Canterbury College di Christchurch, salah satu kota terbesar di Selandia Baru.

Di perguruan tinggi, Rutherford sangat dipengaruhi oleh gurunya: guru fisika dan kimia E. W. Bickerton dan ahli matematika J. H. H. Cook. Setelah Rutherford dianugerahi gelar Bachelor of Arts pada tahun 1892, ia tetap di Canterbury College dan melanjutkan studinya berkat beasiswa di bidang matematika. Tahun berikutnya ia menjadi Master of Arts, setelah lulus ujian matematika dan fisika dengan sangat baik. Tesis masternya berkaitan dengan deteksi gelombang radio frekuensi tinggi, yang keberadaannya telah dibuktikan sekitar sepuluh tahun lalu. Untuk mempelajari fenomena ini, ia merancang sebuah penerima radio (beberapa tahun sebelum Guglielmo Marconi melakukannya) dan dengan bantuannya ia menerima sinyal yang dikirimkan oleh rekan-rekannya dari jarak setengah mil.

Pada tahun 1894, Rutherford dianugerahi gelar Bachelor of Science. Sudah menjadi tradisi di Canterbury College bahwa setiap siswa yang menyelesaikan gelar Master of Arts dan tetap kuliah diharuskan untuk melanjutkan studi lebih lanjut dan memperoleh gelar Bachelor of Science. Rutherford kemudian mengajar sebentar di salah satu sekolah anak laki-laki di Christchurch. Karena bakatnya yang luar biasa terhadap sains, Rutherford dianugerahi beasiswa ke Universitas Cambridge di Inggris, tempat ia belajar di Laboratorium Cavendish, salah satu pusat penelitian ilmiah terkemuka di dunia.

Di Cambridge, Rutherford bekerja di bawah pengawasan fisikawan Inggris J. J. Thomson. Thomson sangat terkesan dengan penelitian Rutherford tentang gelombang radio, dan pada tahun 1896 ia mengusulkan untuk bersama-sama mempelajari pengaruh sinar-X (ditemukan setahun sebelumnya oleh Wilhelm Roentgen) terhadap pelepasan listrik dalam gas. Kolaborasi mereka membuahkan hasil yang signifikan, termasuk penemuan elektron oleh Thomson, sebuah partikel atom yang membawa muatan listrik negatif. Berdasarkan penelitian mereka, Thomson dan Rutherford berhipotesis bahwa ketika sinar-X melewati suatu gas, mereka menghancurkan atom-atom gas tersebut, melepaskan partikel bermuatan positif dan negatif dalam jumlah yang sama. Mereka menyebut partikel-partikel ini ion. Setelah pekerjaan ini, Rutherford mulai mempelajari struktur atom.

Pada tahun 1898, Rutherford menerima jabatan profesor di Universitas McGill di Montreal, Kanada, di mana ia memulai serangkaian eksperimen penting mengenai emisi radioaktif unsur uranium. Dia segera menemukan dua jenis radiasi ini: emisi sinar alfa, yang hanya menembus jarak pendek, dan sinar beta, yang menembus jarak jauh lebih jauh. Rutherford kemudian menemukan bahwa torium radioaktif mengeluarkan produk radioaktif berbentuk gas, yang disebutnya "emanasi" (emisi).

Penelitian lebih lanjut menunjukkan bahwa dua unsur radioaktif lainnya – radium dan aktinium – juga menghasilkan emanasi. Berdasarkan penemuan ini dan penemuan lainnya, Rutherford sampai pada dua kesimpulan penting untuk memahami sifat radiasi: semua unsur radioaktif yang diketahui memancarkan sinar alfa dan beta, dan, yang lebih penting, radioaktivitas unsur radioaktif apa pun berkurang setelah jangka waktu tertentu. Temuan ini memberikan alasan untuk berasumsi bahwa semua unsur radioaktif termasuk dalam keluarga atom yang sama dan klasifikasinya dapat didasarkan pada periode penurunan radioaktivitasnya.

Berdasarkan penelitian lebih lanjut yang dilakukan di McGill University pada tahun 1901-1902, Rutherford dan rekannya Frederick Soddy menguraikan prinsip-prinsip utama teori radioaktivitas yang mereka ciptakan. Menurut teori ini, radioaktivitas terjadi ketika sebuah atom kehilangan partikelnya sendiri yang terlempar dengan kecepatan tinggi, dan kehilangan ini mengubah atom suatu unsur kimia menjadi atom unsur kimia lainnya. Teori yang dikemukakan oleh Rutherford dan Soddy bertentangan dengan sejumlah gagasan yang sudah ada sebelumnya, termasuk konsep yang sudah lama diterima bahwa atom adalah partikel yang tidak dapat dibagi dan tidak dapat diubah. Rutherford melakukan eksperimen lebih lanjut untuk memperoleh hasil yang membenarkan teorinya. Pada tahun 1903, ia membuktikan bahwa partikel alfa membawa muatan positif. Karena partikel-partikel ini mempunyai massa yang dapat diukur, "mengeluarkan" mereka dari atom sangat penting untuk mengubah satu unsur radioaktif menjadi unsur radioaktif lainnya. Teori yang dihasilkan juga memungkinkan Rutherford untuk memprediksi laju perubahan berbagai unsur radioaktif menjadi apa yang disebutnya materi anak. Ilmuwan yakin bahwa partikel alfa tidak dapat dibedakan dari inti atom helium. Hal ini dikonfirmasi ketika Soddy, yang saat itu bekerja dengan ahli kimia Inggris William Ramsay, menemukan bahwa pancaran radium mengandung helium, partikel alfa yang diduga.

Pada tahun 1907, Rutherford, dalam upaya untuk lebih dekat dengan pusat penelitian ilmiah, mengambil jabatan profesor fisika di Universitas Manchester (Inggris). Dengan bantuan Hans Geiger, yang kemudian menjadi terkenal sebagai penemu pencacah Geiger, Rutherford mendirikan sekolah studi radioaktivitas di Manchester.

Pada tahun 1908, Rutherford dianugerahi Hadiah Nobel Kimia “atas penelitiannya mengenai peluruhan unsur-unsur dalam kimia zat radioaktif.” Dalam pidato pembukaannya atas nama Royal Swedish Academy of Sciences, C. B. Hasselberg menunjukkan hubungan antara pekerjaan yang dilakukan oleh Rutherford dan karya J. J. Thomson, Henri Becquerel, Pierre dan Marie Curie. “Penemuan ini menghasilkan kesimpulan yang menakjubkan: suatu unsur kimia… mampu berubah menjadi unsur lain,” kata Hasselberg. Dalam kuliah Nobelnya, Rutherford mencatat: “Ada banyak alasan untuk percaya bahwa partikel alfa yang dilepaskan dengan bebas dari sebagian besar zat radioaktif memiliki massa dan komposisi yang identik dan pasti terdiri dari inti atom helium. Oleh karena itu, kita tidak bisa tidak sampai pada kesimpulan bahwa atom unsur radioaktif dasar, seperti uranium dan thorium, harus dibuat, setidaknya sebagian, dari atom helium.”

Setelah menerima Hadiah Nobel, Rutherford mulai mempelajari fenomena yang diamati ketika sepiring kertas emas tipis dibombardir dengan partikel alfa yang dipancarkan oleh unsur radioaktif seperti uranium. Ternyata dengan menggunakan sudut pantulan partikel alfa, struktur unsur stabil penyusun pelat dapat dipelajari. Menurut gagasan yang diterima saat itu, model atom seperti puding kismis: muatan positif dan negatif terdistribusi secara merata di dalam atom dan, oleh karena itu, tidak dapat mengubah arah gerak partikel alfa secara signifikan. Namun Rutherford memperhatikan bahwa partikel alfa tertentu menyimpang dari arah yang diharapkan jauh lebih besar daripada yang diizinkan teori. Bekerja sama dengan Ernest Marsden, seorang mahasiswa di Universitas Manchester, ilmuwan tersebut memastikan bahwa sejumlah besar partikel alfa dibelokkan lebih jauh dari yang diharapkan, beberapa di antaranya pada sudut lebih dari 90 derajat.

Berkaca pada fenomena ini, Rutherford mengajukan model atom baru pada tahun 1911. Menurut teorinya, yang sekarang diterima secara umum, partikel bermuatan positif terkonsentrasi di pusat berat atom, dan partikel bermuatan negatif (elektron) mengorbit di sekitar inti, pada jarak yang cukup jauh darinya. Model ini, seperti model kecil tata surya, mengasumsikan bahwa atom sebagian besar terdiri dari ruang kosong. Pengenalan luas terhadap teori Rutherford dimulai pada tahun 1913, ketika fisikawan Denmark Niels Bohr bergabung dengan pekerjaan ilmuwan tersebut di Universitas Manchester. Bohr menunjukkan bahwa berdasarkan struktur yang dikemukakan oleh Rutherford, sifat fisik atom hidrogen yang terkenal, serta atom beberapa unsur yang lebih berat, dapat dijelaskan.

Ketika Perang Dunia Pertama pecah, Rutherford diangkat menjadi komite sipil Kantor Penemuan dan Penelitian Angkatan Laut Inggris dan mempelajari masalah lokasi kapal selam menggunakan akustik. Setelah perang ia kembali ke laboratorium Manchester dan pada tahun 1919 membuat penemuan mendasar lainnya. Saat mempelajari struktur atom hidrogen dengan membombardirnya dengan partikel alfa berkecepatan tinggi, ia memperhatikan sinyal pada detektornya yang dapat dijelaskan sebagai hasil dari pergerakan inti atom hidrogen akibat tumbukan dengan partikel alfa. Namun, sinyal yang persis sama muncul ketika ilmuwan mengganti atom hidrogen dengan atom nitrogen. Rutherford menjelaskan alasan fenomena ini dengan mengatakan bahwa pemboman menyebabkan peluruhan atom yang stabil. Itu. Dalam proses yang mirip dengan peluruhan alami yang disebabkan oleh radiasi, partikel alfa melumpuhkan satu proton (inti atom hidrogen) dari inti atom nitrogen yang biasanya stabil dan memberikan kecepatan yang sangat tinggi padanya. Bukti lebih lanjut yang mendukung penafsiran fenomena ini diperoleh pada tahun 1934, ketika Frédéric Joliot dan Irène Joliot-Curie menemukan radioaktivitas buatan.

Pada tahun 1919, Rutherford pindah ke Universitas Cambridge, menggantikan Thomson sebagai profesor fisika eksperimental dan direktur Laboratorium Cavendish, dan pada tahun 1921 ia menjabat sebagai profesor ilmu alam di Royal Institution di London. Pada tahun 1930, Rutherford diangkat sebagai ketua dewan penasihat pemerintah di Kantor Penelitian Ilmiah dan Industri. Berada di puncak karirnya, ilmuwan tersebut menarik banyak fisikawan muda berbakat untuk bekerja di laboratoriumnya di Cambridge, termasuk. P. M. Blackett, John Cockcroft, James Chadwick dan Ernest Walton. Meskipun Rutherford sendiri memiliki lebih sedikit waktu untuk melakukan penelitian aktif, minatnya yang mendalam terhadap penelitian dan kepemimpinannya yang jelas membantu mempertahankan tingkat tinggi pekerjaan yang dilakukan di laboratoriumnya. Siswa dan koleganya mengingat ilmuwan tersebut sebagai orang yang manis dan baik hati. Seiring dengan karunia pandangan ke depan yang melekat dalam dirinya sebagai seorang ahli teori, Rutherford memiliki sifat praktis. Berkat dia, dia selalu akurat dalam menjelaskan fenomena yang diamati, tidak peduli betapa tidak biasa fenomena tersebut pada pandangan pertama.

Prihatin dengan kebijakan pemerintahan Nazi Adolf Hitler, Rutherford menjadi presiden Dewan Bantuan Akademik pada tahun 1933, yang dibentuk untuk membantu mereka yang melarikan diri dari Jerman. Pada tahun 1900, selama perjalanan singkat ke Selandia Baru, Rutherford menikahi Mary Newton, yang memberinya seorang putri. Dia menikmati kesehatan yang baik hampir sampai akhir hayatnya dan meninggal di Cambridge pada tahun 1937 setelah sakit sebentar. Rutherford dimakamkan di Westminster Abbey dekat makam Isaac Newton dan Charles Darwin.

Penghargaan Rutherford termasuk Rumford Medal (1904) dan Copley Medal (1922) dari Royal Society of London, serta British Order of Merit (1925). Pada tahun 1931, ilmuwan tersebut diberikan gelar bangsawan. Rutherford dianugerahi gelar kehormatan dari universitas Selandia Baru, Cambridge, Wisconsin, Pennsylvania dan McGill. Dia adalah anggota Royal Society of Göttingen, serta anggota Institut Filsafat Selandia Baru dan American Philosophical Society. Akademi Ilmu Pengetahuan St. Louis, Royal Society of London dan Asosiasi Inggris untuk Kemajuan Ilmu Pengetahuan.

(1871-1937) Fisikawan Inggris, pendiri fisika nuklir

Ernest Rutherford lahir di Spring Grove (sekarang Brightwater) di Selandia Baru, dalam keluarga sederhana Skotlandia. Ayahnya, James Rutherford, adalah seorang pembuat roda, dan ibunya, Martha Thomson, adalah seorang guru. Ernest adalah anak keempat dari dua belas bersaudara. Sejak kecil, dia adalah anak yang sangat jeli dan pekerja keras. Setelah lulus sekolah dasar sebagai siswa terbaik, Ernest mendapat beasiswa untuk melanjutkan pendidikannya di Nelson Province College, di mana ia memasuki kelas lima pada tahun 1887. Di sini kemampuannya yang luar biasa dalam matematika terwujud; dia juga pandai fisika, kimia, sastra, Latin dan Perancis. Semasa kecil, Ernest gemar merancang berbagai mekanisme: ia membuat model kincir air, mobil, bahkan membuat kamera.

Setelah lulus kuliah, ia kuliah di Canterbury College di Universitas Selandia Baru di Christchurch. Di sini Rutherford mulai mempelajari fisika dan kimia lebih serius, bekerja di kalangan mahasiswa bahkan menjadi salah satu penggagas terciptanya perkumpulan mahasiswa ilmiah di universitas.

Setelah membaca artikel fisikawan Jerman Heinrich Hertz tentang penemuan gelombang elektromagnetik, Rutherford memutuskan untuk menyelidiki sifat-sifatnya. Namun muncul masalah dalam mendeteksi gelombang elektromagnetik yang masuk. Dia mampu membuktikan bahwa kehadiran mereka dapat dinilai dari demagnetisasi besi. Ini adalah penemuan nyata pertama Rutherford yang berusia dua puluh tiga tahun.

Pada tahun 1894, Ernest lulus dari perguruan tinggi dengan pujian dan menerima gelar master di bidang fisika dan matematika. Ia menjadi guru fisika SMA, namun tidak berhasil di bidang tersebut. Pada tahun 1895, ia dianugerahi beasiswa terbesar - "beasiswa 1851", yang memberikan kesempatan magang di laboratorium terbaik di negeri ini. Pada musim gugur tahun 1895, Rutherford tiba di Cambridge, pusat ilmiah Inggris, dan mulai bekerja di Laboratorium Cavendish di bawah bimbingan fisikawan Inggris terkemuka Joseph John Thomson (1856-1940).

Ernest melanjutkan penelitiannya di bidang gelombang elektromagnetik, dan pada tahun 1896 ia berhasil menjalin komunikasi radio pada jarak sekitar 3 kilometer. Sisi praktis komunikasi radio tidak terlalu menarik minatnya, dan oleh karena itu dia menghentikan pekerjaannya di bidang ini, dan menyumbangkan pemancar tersebut kepada insinyur Italia G. Marconi, yang menggunakannya dalam penelitiannya. Saat ini, Rutherford bersama J. J. Thomson mulai mempelajari ionisasi gas dan udara dengan menggunakan berbagai metode, termasuk sinar-X. Namun setelah penemuan radioaktivitas Becquerel pada tahun 1896, Rutherford mulai membandingkan sinar Roentgen dan Becquerel.

Pada tahun 1898, ia menerima posisi sebagai profesor fisika di Universitas McGill di Montreal dan tiba di Kanada pada bulan September tahun yang sama. Dia bekerja di Universitas McGill selama 9 tahun - hingga tahun 1907 - dan membuat banyak penemuan penting. Pada tahun 1898, Rutherford mulai meneliti radiasi uranium, yang hasilnya dipublikasikan pada tahun 1899 dalam artikel “Radiation of Uranium and Electrical Conductivity Created by It.” Dengan mempelajari radiasi uranium dalam medan magnet, Rutherford menemukan bahwa radiasi tersebut terdiri dari dua komponen. Ia menyebut komponen pertama yang menyimpang ke satu arah dan mudah diserap oleh selembar kertas disebut sinar alfa, dan komponen kedua yang menyimpang ke arah berlawanan dan mempunyai daya tembus lebih besar disebut sinar beta.

Pada tahun 1900, Villard menemukan komponen lain dalam radiasi uranium, yang tidak menyimpang dalam medan magnet dan memiliki daya tembus terbesar; disebut sinar gamma. Pada tahun 1900, ketika mempelajari radioaktivitas thorium, Rutherford menemukan gas baru, yang kemudian disebut radon. Bersama fisikawan dan kimiawan Inggris Frederick Soddy, pada tahun 1902-1903 ia mengembangkan teori peluruhan radioaktif dan menetapkan hukum transformasi radioaktif. Rutherford meramalkan keberadaan unsur transuranik. Hasil kerja ilmuwan selama sembilan tahun di Montreal adalah lebih dari 50 artikel ilmiah yang diterbitkan dan buku “Radioaktivitas”, yang merangkum semua pengetahuan yang diketahui sains tentang fenomena ini.

Nama Rutherford menjadi terkenal, dan ia menerima undangan untuk mengambil posisi profesor di departemen fisika di Universitas Manchester dan direktur laboratorium fisika. Pada tanggal 24 Mei 1907, Ernest Rutherford kembali ke Eropa dan mulai berupaya mengungkap sifat partikel alfa dan perjalanannya melalui materi, yang studinya dimulai di Kanada. Untuk penelitiannya tentang transformasi unsur dan kimia zat radioaktif, ia dianugerahi Hadiah Nobel Kimia pada tahun 1908.

Di Manchester, Rutherford membentuk tim peneliti terkemuka dari seluruh dunia, di antaranya adalah fisikawan Jerman Hans Geiger (1882-1945), fisikawan Inggris Henry Moseley (1887-1915), fisikawan Selandia Baru, yang saat itu merupakan mahasiswa tahun terakhir. , Ernest Marsden (1889-1970) dan ilmuwan lainnya. Dalam suasana kreativitas ilmiah kolektif, penemuan ilmiah utama Rutherford dibuat. Pada tahun 1908, ia dan Geiger merancang perangkat untuk merekam partikel bermuatan individu, yang disebut penghitung Geiger. Pada tahun 1909, ia menemukan sifat partikel alfa: mereka adalah atom helium yang terionisasi ganda. Pada tahun 1911, berdasarkan hasil eksperimen yang dilakukan oleh murid-muridnya Marsden dan Geiger, ia menetapkan hukum hamburan partikel alfa oleh atom-atom berbagai unsur, yang membawanya pada Mei 1911 pada penciptaan model atom baru - planet. Menurut model ini, atom mirip dengan tata surya: di tengahnya terdapat inti positif masif dengan diameter sekitar 10 12 cm, di sekelilingnya elektron negatif berputar dalam orbit melingkar. Jumlah muatan positif unsur yang terkandung dalam inti atom sama dengan nomor urut unsur dalam tabel D.I.Mendeleev; kulitnya mengandung jumlah elektron yang sama, karena atom secara keseluruhan netral secara listrik.

Sebelum Rutherford berseru, “Sekarang saya tahu seperti apa bentuk atom!”, Marsden dan Geiger harus mendeteksi dan menghitung lebih dari 2 juta kilauan (pancaran) partikel alfa yang nyaris tak terlihat.

Pada tahun 1912, fisikawan Denmark terkemuka Niels Bohr datang ke Manchester. Ia berhasil menghilangkan kontradiksi dalam model atom planet yang dikemukakan oleh Rutherford. Karyanya menghasilkan model atom Rutherford-Bohr, yang meletakkan dasar bagi fisika kuantum dan nuklir.

Pada tahun 1914, Rutherford mengemukakan gagasan transformasi inti atom secara artifisial. Namun pecahnya Perang Dunia Pertama mengganggu penelitian dan menyebarkan tim sahabat ke berbagai negara yang saling berperang. Rutherford sendiri terlibat dalam penelitian militer dan mengembangkan metode akustik untuk memerangi kapal selam Jerman. Di depan pada tahun 1915, pada usia 28 tahun, Henry Moseley, salah satu murid terbaiknya, yang membuat namanya terkenal dengan penemuan besar dalam spektroskopi sinar-X, terbunuh. James Chadwick berada di penangkaran Jerman, Marsden bertempur di Prancis, dan Niels Bohr kembali ke Kopenhagen. Baru setelah perang Rutherford dapat melanjutkan penelitiannya.

Pada tahun 1919 ia pindah ke Cambridge, di mana ia menjadi profesor di Universitas Cambridge dan menggantikan gurunya J. J. Thomson, menjadi direktur Laboratorium Cavendish. Ilmuwan memegang jabatan ini sampai akhir hayatnya. Penelitian yang berkelanjutan membuahkan hasil yang cemerlang: reaksi nuklir buatan dilakukan untuk mengubah nitrogen menjadi oksigen, yang meletakkan dasar bagi fisika nuklir modern. Pada tahun 1920, Rutherford meramalkan keberadaan neutron, partikel netral yang massanya sama dengan inti hidrogen. Partikel semacam itu ditemukan pada tahun 1932 oleh murid dan kolaboratornya Chadwick, yang menjadi peraih Nobel sehubungan dengan hal ini. Dipimpin oleh Rutherford, Laboratorium Cavendish menjadi kiblat ilmiah bagi fisikawan dari seluruh negara.

Dia memperlakukan murid-muridnya dengan sangat hati-hati, dengan penuh kasih sayang menyebut mereka “anak laki-laki”, dan tidak mengizinkan mereka bekerja di laboratorium lebih dari jam enam sore, dan pada akhir pekan dia tidak mengizinkan mereka bekerja sama sekali. Dia memimpin murid-muridnya seperti “ayah keluarga yang baik hati,” dan mereka dengan penuh kasih memanggil guru mereka “ayah.” Setiap hari, Rutherford mengumpulkan karyawannya sambil minum teh untuk mendiskusikan tidak hanya masalah ilmiah dan hasil eksperimen, tetapi juga masalah politik, seni, dan sastra. Ilmuwan besar itu sama sekali tidak memiliki kekakuan, keangkuhan, dan keinginan untuk menciptakan suasana kekaguman di sekelilingnya.

Fisikawan Soviet Yu.B. Khariton, A.I. Leipunsky, K.D. Sinelnikov, L.D. Landau dan lainnya juga belajar bersamanya. Pada tahun 1921, fisikawan muda Soviet Pyotr Leonidovich Kapitsa (1894-1984) datang ke Rutherford di Cambridge dan bekerja di sana selama 13 tahun. Ia menjadi kolaborator aktif dan teman Rutherford, memenuhi harapan gurunya, mencapai hasil ilmiah yang luar biasa. Pada tahun 1971, atas inisiatif P. L. Kapitsa, untuk peringatan 100 tahun kelahiran ilmuwan di negara kita, sebuah medali peringatan Rutherford dikeluarkan dan koleksi karyanya diterbitkan.

Dia adalah anggota dari semua akademi ilmu pengetahuan di dunia, sejak 1925 - anggota asing dari Akademi Ilmu Pengetahuan Uni Soviet; dari tahun 1903 menjadi anggota Royal Society of London, dan dari tahun 1925 hingga 1930 - presidennya. Pada tahun 1931 ia diangkat menjadi baron dan menjadi Lord Nelson. Eksperimen hebat dianugerahi semua penghargaan dunia ilmiah atas pencapaian ilmiahnya.

Ernest Rutherford meninggal pada 19 Oktober 1937 pada usia 66 tahun. Kematiannya merupakan kerugian besar bagi ilmu pengetahuan, banyak pelajar dan seluruh umat manusia. Fisikawan hebat itu dimakamkan di Westminster Abbey - di Katedral St. Paul, di sebelah makam I. Newton, M. Faraday, C. Darwin, W. Herschel, di salah satu bagian tengah katedral, yang disebut “Pojok Sains ”.

Ernest Rutherford dianggap sebagai fisikawan eksperimental terhebat abad ke-20. Dia adalah tokoh sentral dalam pengetahuan kita tentang radioaktivitas dan orang yang memelopori fisika nuklir. Selain signifikansi teoretisnya yang sangat besar, penemuannya memiliki penerapan yang luas, termasuk: senjata nuklir, pembangkit listrik tenaga nuklir, kalkulus radioaktif, dan penelitian radiasi. Pengaruh karya Rutherford terhadap dunia sangatlah besar. Angka ini terus tumbuh dan tampaknya akan terus meningkat di masa depan.

Rutherford lahir dan besar di Selandia Baru. Di sana ia masuk Canterbury College dan pada usia dua puluh tiga tahun telah menerima tiga gelar (Bachelor of Arts, Bachelor of Science, Master of Arts). Tahun berikutnya dia mendapat tempat untuk belajar di Universitas Cambridge di Inggris, di mana dia menghabiskan tiga tahun sebagai mahasiswa penelitian di bawah bimbingan J. J. Thomson, salah satu ilmuwan terkemuka saat itu. Pada usia dua puluh tujuh, Rutherford menjadi profesor fisika di Universitas McGill di Kanada. Dia bekerja di sana selama sembilan tahun dan pada tahun 1907 kembali ke Inggris untuk mengepalai departemen fisika di Universitas Manchester. Pada tahun 1919, Rutherford kembali ke Cambridge, kali ini sebagai direktur Laboratorium Cavendish, jabatan yang ia pegang selama sisa hidupnya.

Radioaktivitas ditemukan pada tahun 1896 oleh ilmuwan Perancis Antoine Henri Becquerel ketika dia sedang bereksperimen dengan senyawa uranium. Namun Becquerel segera kehilangan minat pada subjek ini, dan sebagian besar pengetahuan dasar kita tentang radioaktivitas berasal dari penelitian ekstensif Rutherford. (Marie dan Pierre Curie menemukan dua unsur radioaktif lagi, polonium dan radium, tetapi tidak membuat penemuan yang sangat penting.)

Salah satu penemuan pertama Rutherford adalah bahwa radiasi radioaktif dari uranium terdiri dari dua komponen berbeda, yang oleh ilmuwan disebut sinar alfa dan beta. Ia kemudian mendemonstrasikan sifat masing-masing komponen (terdiri dari partikel yang bergerak cepat) dan menunjukkan bahwa ada juga komponen ketiga, yang disebutnya sinar gamma.

Ciri penting radioaktivitas adalah energi yang terkait dengannya. Becquerel, keluarga Curie, dan banyak ilmuwan lainnya menganggap energi sebagai sumber eksternal. Namun Rutherford membuktikan bahwa energi ini – yang jauh lebih kuat daripada energi yang dilepaskan oleh reaksi kimia – berasal dari dalam atom uranium individu! Dengan ini ia meletakkan dasar bagi konsep penting energi atom.

Para ilmuwan selalu berasumsi bahwa setiap atom tidak dapat dibagi dan tidak dapat diubah. Namun Rutherford (dengan bantuan asisten muda yang sangat berbakat, Frederick Soddy) mampu menunjukkan bahwa ketika sebuah atom memancarkan sinar alfa atau beta, atom tersebut berubah menjadi jenis atom yang berbeda. Pada awalnya, ahli kimia tidak percaya. Namun, Rutherford dan Soddy melakukan serangkaian percobaan dengan peluruhan radioaktif dan mengubah uranium menjadi timbal. Rutherford juga mengukur laju peluruhan dan merumuskan konsep penting "waktu paruh". Hal ini segera mengarah pada teknik kalkulus radioaktif, yang menjadi salah satu alat ilmiah terpenting dan diterapkan secara luas dalam geologi, arkeologi, astronomi, dan banyak bidang lainnya.

Serangkaian penemuan menakjubkan ini membuat Rutherford mendapatkan Hadiah Nobel pada tahun 1908 (Soddy kemudian memenangkan Hadiah Nobel), namun pencapaian terbesarnya masih belum tercapai. Dia memperhatikan bahwa partikel alfa yang bergerak cepat mampu melewati lapisan emas tipis (tanpa meninggalkan jejak yang terlihat!), namun sedikit dibelokkan. Diasumsikan bahwa atom emas, yang keras dan tidak dapat ditembus, seperti "bola bilyar kecil" - seperti yang diyakini para ilmuwan sebelumnya - di dalamnya lunak! Tampaknya partikel alfa yang lebih kecil dan lebih keras dapat menembus atom emas seperti peluru berkecepatan tinggi menembus jeli.

Namun Rutherford (bekerja dengan Geiger dan Marsden, dua asisten mudanya) menemukan bahwa beberapa partikel alfa dibelokkan dengan sangat kuat ketika melewati kertas emas. Bahkan ada yang terbang mundur! Merasa ada sesuatu yang penting di balik hal tersebut, ilmuwan tersebut dengan cermat menghitung jumlah partikel yang terbang ke setiap arah. Kemudian, melalui analisis matematis yang rumit namun cukup meyakinkan, ia menunjukkan satu-satunya cara agar hasil eksperimen tersebut dapat dijelaskan: atom emas hampir seluruhnya terdiri dari ruang kosong, dan hampir seluruh massa atom terkonsentrasi di pusat, dalam “inti” kecil atom!

Terbaik hari ini

Dengan satu pukulan, karya Rutherford selamanya mengguncang pandangan konvensional kita tentang dunia. Jika bahkan sepotong logam – yang tampaknya merupakan benda paling keras – pada dasarnya adalah ruang kosong, maka segala sesuatu yang kita pikir penting tiba-tiba hancur menjadi butiran pasir kecil yang berlarian di kehampaan yang luas!

Penemuan inti atom Rutherford adalah dasar dari semua teori struktur atom modern. Ketika Niels Bohr menerbitkan karyanya yang terkenal dua tahun kemudian, menggambarkan atom sebagai miniatur tata surya yang diatur oleh mekanika kuantum, ia menggunakan teori nuklir Rutherford sebagai titik awal modelnya. Begitu pula Heisenberg dan Schrödinger ketika mereka membangun model atom yang lebih kompleks menggunakan mekanika klasik dan gelombang.

Penemuan Rutherford juga menyebabkan munculnya cabang ilmu baru: studi tentang inti atom. Di bidang ini, Rutherford juga ditakdirkan menjadi pionir. Pada tahun 1919, ia berhasil mengubah inti nitrogen menjadi inti oksigen dengan membombardir inti nitrogen dengan partikel alfa yang bergerak cepat. Ini adalah pencapaian yang diimpikan oleh para alkemis kuno.

Segera menjadi jelas bahwa transformasi nuklir dapat menjadi sumber energi dari Matahari. Selain itu, transformasi inti atom merupakan proses kunci dalam senjata atom dan pembangkit listrik tenaga nuklir. Konsekuensinya, penemuan Rutherford lebih dari sekadar kepentingan akademis.

Kepribadian Rutherford terus menerus membuat takjub setiap orang yang bertemu dengannya. Dia adalah pria bertubuh besar dengan suara nyaring, energi tak terbatas, dan tidak memiliki kesopanan. Ketika rekan-rekannya mengomentari kemampuan Rutherford yang luar biasa untuk selalu berada "di puncak gelombang" penelitian ilmiah, dia langsung menjawab: "Mengapa tidak? Lagi pula, sayalah yang menyebabkan gelombang itu, bukan?" Hanya sedikit ilmuwan yang membantah pernyataan ini.