Атомное ядро

К началу XX века ученым было известно, что атом это не простая неделимая частица. Он, по крайней мере, включает в свою структуру такие элементарные частицы, как электроны, существование которых доказал Дж.Дж. Томсон. Сам Томсон считал, что электроны, наподобие изюминок, были впрессованы в положительно заряженное тело атома.

Но вскоре были обнаружены и другие частицы, входящие в состав атома. Когда Беккерель обнаружил явление радиоактивности, он выяснил, что часть радиоактивного излучения представляет собой поток электронов. Затем были идентифицированы и другие составляющие. Пьер и Мария Кюри, а затем Э. Резерфорд установили, что часть радиоактивного излучения обладала сущеогненно меньшей проникающей способностью, чем электроны. Этот тип излучения Резерфорд назвал альфа-лучами, а электронному потоку присвоил имя бета-лучей. Поэтому излучаемые радиоактивным атомом электроны называются бета-частицами. Было установлено, что альфа-лучи представляют собой поток альфа-частиц. Как известно, альфа и бета являются первыми буквами греческого алфавита.

Примерно в то же время французский химик П. Виллар обнаружил третью составляющую радиоактивного излучения, которая получила имя гамма-лучей, по третьей букве греческого алфавита. Гамма-излучение по свойствам походит на рентгеновские лучи, но имеет меньшую длину волны.

Опытным путем Резерфорд установил, что в магнитном поле альфа-частицы отклоняются значительно меньше, чем бета-частицы. Более того, они отклонялись в противоположных направлениях, а это означало, что альфа-частицы, в отличие от отрицательно заряженных электронов, несут положительный заряд. По величине отклонения было вычислено, что масса альфа-частицы по меньшей мере в 2 раза превышает массу иона водорода, имеющего минимальный положительный заряд. Величина отклонения заряженной частицы в магнитном поле зависит как от ее массы, так и от заряда. И если принять, что положительный заряд альфа-частицы такой же, как у иона водорода, это значит, что ее масса вдвое превышает массу того же иона; если же предположить, что заряд альфа-частицы вдвое выше, то ее масса должна в 4 раза превышать массу иона водорода, и т. д.

Окончательный ответ на этот вопрос Резерфорд получил в 1909 году, когда поместил радиоактивные образцы в тонкостенную стеклянную трубку, которую, в свою очередь, расположил внутри толстостенной стеклянной трубки, разделив их вакуумом. Альфа-частицы проникали через тонкое стекло, но не могли преодолеть толстых стенок, от которых они "отскакивали" назад, теряя при этом энергию и способность пробиться назад через тонкое стекло, то есть оказывались в ловушке. С помощью электрического поля Резерфорд активировал альфа-частицы, заставив их светиться. В результате ему удалось зафиксировать на пленке спектр гелия, и стало очевидно, что альфа-частицы, испускаемые радиоактивными материалами, являются источником природного гелия. А если альфа-частица - это гелий, значит, ее масса в 4 раза больше массы водородного атома. Из чего следует, что она имеет двойной положительный заряд, если ион водорода принять на единицу.

Позднее Резерфорд идентифицировал еще одну положительно заряженную частицу, входящую в состав атома. На самом деле ту частицу зафиксировали, но не распознали задолго до него. Еще в 1886 году немецкий физик Гольдштейн с помощью катодной трубки с перфорированным катодом обнаружил новый вид излучения, которое проникало через отверстия в катоде в направлении,  противоположном потоку самих катодных лучей. Поэтому он назвал их канальными лучами. В 1902 году это излучение было использовано для демонстрации эффекта Доплера- Физо применительно к световым лучам. Немецкий физик И. Штарк, расположив спектроскоп таким образом,  чтобы на него попадали эти самые канальные лучи, четко зафиксировал фиолетовый сдвиг. За эти исследования он был удостоен Нобелевской премии
по физике за 1919 год.