诺贝尔物理学奖：暗物质中子的第一个发现

发布时间：2023-04-08 09:06:55 所属栏目：外闻来源：

导读：中子是一种没有电荷的微观粒子，与带正电的质子共同构成原子核的主体。在20世纪上半叶，中子的发现是原子物理学研究中的一个重大进展。它揭示了原子核的内部结构和性质，为核能和核武器的开发打下了基础。不过，中

中子是一种没有电荷的微观粒子，与带正电的质子共同构成原子核的主体。在20世纪上半叶，中子的发现是原子物理学研究中的一个重大进展。它揭示了原子核的内部结构和性质，为核能和核武器的开发打下了基础。不过，中子的发现并非一帆风顺，在经历了曲折的认知历程后，它最终被发现。著名的实验物理学家约里奥·居里夫妇还与中子的发现擦肩而过。现在，我们回顾一下这段历史，了解中子被发现的方式。

当时，人们只知道质子和电子这两种粒子，所以在20世纪20年代，人们普遍认为原子核由质子和电子组成，并假定原子核的质量数为N，原子序数为Z，则原子由N个质子和N-Z个电子组成，这被称为“质子-电子”模型。但是，这个设计模型总是会面临一些令人惊讶的困难。

首先，电子以何种状态存在于原子核内？如果电子以个体形式存在于核内，它们将占据大量空间，与核的微小尺寸不符；其次，根据量子力学中的不确定性原理，束缚在小尺寸的核内的电子，将具有很大的动量不确定性，因此它们在核内逗留的时间将非常短暂；再次，这与量子力学中的多体统计和自旋理论相矛盾。例如，氮原子核由14个质子和7个电子组成，那么它们的自旋数应该是一个分数，但实验表明，氮原子核的自旋等于1。

1930年，博特和贝克尔发现了一些轻元素，尤其是铍，在受到高能α射线照射时会产生具有异常穿透力的辐射。1932年，居里夫妇重复了博特和贝克尔的铍辐射实验，他们惊讶地发现，这种γ射线的能量远远超过了天然放射性物质发出的γ射线的能量。他们用一台更精密的仪器测量了这种射线的能量，得到了大约50兆电子伏特的数值。这是一个令人震惊的数字，因为当时已知的最高能量的γ射线也只有几兆电子伏特而已。

居里夫妇认为，这是因为他们测量的γ射线能量是平均值，而实际上可能有更高能量的γ射线存在。他们还试图用其他物质代替石蜡，但都没有得到满意的结果。他们对这种特殊的铍超高温辐射现象感到非常困惑和不解。

查德威克是卢瑟福在剑桥大学卡文迪许实验室的助手和合作伙伴，他对放射性和原子核有着深入的研究。他把居里夫妇关于铍辐射的情况报告了卢瑟福，卢瑟福听了后很激动兴奋，但他不赞同居里夫妇的解释。他说：“我认为他们发现了一种新粒子。”卢瑟福想起了他在1920年提出的“中子”的假设，并建议查德威克去做更多的实验来证实。

（编辑：汽车网）

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