Загрузка...
Учебная работа. Реферат: История физики: строение материи
Горяев М.А.
К середине 19 века атомно-молекулярная теория строения вещества заняла уже достаточно прочные позиции, и продолжались работы по более глубокому проникновению в микромир. Во второй половине 19 века после появления хороших вакуумных насосов при исследовании электрического разряда в газах были обнаружены катодные лучи, которые вызывали флуоресценцию стекла газоразрядной трубки. английский ученый Уильям Крукс (1832-1919), который проводил работы в своей частной лаборатории в Лондоне, установил, что они имеют материальную природу и отклоняются в магнитном поле. Он выдвинул гипотезу, что это четвертое "ультрагазообразное" состояние материи. В 1895 г. в споре со сторонниками волновой природы катодных лучей французским физиком Жаном Батистом Перреном (1870-1942) было показано, что это отрицательные электрические заряды. В 1897 г. Томсон экспериментально с использованием воздействия электрического и магнитного поля подтвердил материальную природу новых частиц — электронов и определил для них отношение заряда к массе и скорость.
Томсон Джозеф Джон (18.12.1856-30.08.1940) — английский физик, член Лондонского королевского общества (1884, 1916-20 — президент), многих академий наук, в частности АН СССР (1925), медали Франклина, Фарадея, Хьюза, Копли и др. Родился в Четхем Хилле в семье книготорговца. окончил Манчестерский (1876 — инженер) и Кембриджский (1880 — бакалавр математики) университеты. В 1884-1919 — профессор Кембриджского университета и директор Кавендишской лаборатории, в 1905-18 — также профессор Королевского института, с 1918 возглавил Тринити колледж в Кембридже.
Работы по проблемам прохождения электрического тока в газах, катодных и рентгеновских лучей, атомной физики. При исследовании катодных лучей открыл первую элементарную частицу — электрон (Нобелевская премия, 1906). В 1897 выдвинул гипотезу о внутриатомных электронах. Обнаружил в 1899 электроны в фототоке и при термоэлектронной эмиссии. Разработал теорию движения электрона в электрическом и магнитном полях. Объяснил происхождение сплошного спектра рентгеновских лучей.
В 1903 предложил одну из первых моделей атома, в 1904 ввел различная конфигурация которых определяет периодичность химических элементов. В 1907 предложил принцип масс-спектрометрии, разработал в 1911 метод парабол для определения относительных масс частиц, получил первые экспериментальные данные о существовании изотопов. В классической теории рассеяния определил эффективное сечение для рассеяния света свободными электронами (формула Томсона). Является одним из основоположников электронной теории металлов. Создал большую интернациональную школу физиков-экспериментаторов.
С помощью изобретенной в 1897 г. английским физиком Чарльзом Томсоном Рисом Вильсоном (1869-1959) камеры (Нобелевская премия по физике, 1927) Томсону удалось установить отдельно и заряд, и массу электрона. После 1900 г. в физике уже стало окончательно общепринятым, что электричество имеет дискретную структуру и единица отрицательного электричества — электрон.
В 1895 г. Рентген открыл при исследовании катодных лучей новый вид излучения — Х-лучи, которые обладают замечательных свойств: поразительная проникающая способность, способность вызывать флуоресценцию и фотохимическое действие.
Рентген Вильгельм Конрад (27.03.1845-10.02.1923) — немецкий физик, член-корреспондент Берлинской АН (1896), медаль Румфорда. Родился в Леннепе в семье коммерсанта. Окончил Федеральный технологический институт в Цюрихе (1868), доктор философии (1869, Цюрихский университет). Работал с А.Кундтом в 1869-71 в Цюрихе, в 1871-72 в Вюрцбургском, в 1872-75 в Страсбургском университетах. В 1875-76 — профессор физики Сельскохозяйственной академии в Гогенхейме, 1876-79 — профессор Страсбургского университета. В 1879-88 — профессор университета в Гиссене и директор Физического института, в 1888-1900 — профессор Вюрцбургского университета (с 1894 — ректор), в 1900-20 — профессор Мюнхенского университета и директор Физического института.
работы в области электромагнетизма, физики кристаллов, оптики, молекулярной физики. Открыл рентгеновские лучи и исследовал их свойства (способность отражаться, поглощаться, ионизировать воздух и т.д.), предложил правильную конструкцию трубки для их получения, сделал первые фотоснимки с применением этих лучей (первая Нобелевская премия по физике, 1901). Открыл в 1885 магнитное поле диэлектрика, движущегося в электрическом поле (рентгенов ток), исследовал свойства жидкостей, газов, кристаллов, открыл взаимосвязь электрических и оптических явлений в кристаллах.
Учениками Рентгена были М.Вин, А.Ф.Иоффе, П.Прингсгейм и др. Его именем названа единица экспозиционной дозы радиоактивного излечения — рентген.
Открытие рентгеновских лучей имело важное значение как для последующих научных исследований, так и для использования в медицине и промышленности.
С самого начала возник спор о природе рентгеновского излучения. В 1912 г. немецкий физик Макс фон Лауэ (1879-1959) провел блестящий решетке (Нобелевская премия по физике, 1914). Из этого эксперимента были сделаны два важных вывода: подтверждалась волновая природа Х-лучей и появилась возможность определить их длину волны, а, зная длину волны, можно было получать данные о структуре кристалла.
Открытие Рентгена дало толчок другому открытию — радиоактивности. Беккерель занимался фосфоресценцией и после опытов Рентгена задался вопросом: не могут ли Х-лучи испускаться фосфоресцирующими телами после длительного облучения солнечным светом.
Беккерель Антуан Анри (15.12.1852-25.08.1908) — французский физик, член Парижской (1889, 1908 — президент) и ряда других академий наук. Родился в Париже в семье известного физика А.Э.Беккереля. окончил Политехническую школу в Париже (1874), ученая степень по техническим наукам в Высшей школе мостов и дорог (1877). С 1876 — лектор, с1895 — профессор в Политехнической школе, (с 1892 — заведующий кафедрой в Музее естественной истории и Консерватории искусств и ремесел).
Основные работы в области оптики (магнитооптика, фосфоресценция, инфракрасные спектры) и радиоактивности. За открытие явления естественной радиоактивности в 1903 удостоен Нобелевской премии. Пропуская -частицы через пересекающиеся электрическое и магнитное поля, первый измерил удельный заряд этих частиц и установил их схожесть с катодными лучами (1900). В 1901 независимо от П.Кюри обнаружил физиологическое действие радиоактивного излучения и его способность ионизировать газ.
Проводя опыты по фосфоресценции солей урана, Беккерель обнаружил засветку фотопластинки, отделенной от соли черной бумагой. В 1896 г. случайно обнаружилось, что засветка появляется и в темноте, т.е. без возбуждения фосфоресценции. Было также обнаружено, что подобные явления наблюдаются и на других, не фосфоресцирующих солях урана.
В 1897 г. к этим исследованиям подключились Склодовская-Кюри со своим мужем Пьером: ими была открыта радиоактивность тория, а также найдены новые более радиоактивные вещества — полоний и радий.
Склодовская-Кюри Мария (07.11.1867-04.07.1934) — польский и французский физик и химик, член многих академий наук и научных обществ, иностранный член АН СССР (1926), медали Бертело, Дэви, Крессона. Родилась в Варшаве в семье преподавателя физики в гимназии. Окончила Парижский университет (лиценциат по физике — 1893, по математике — 1894, степень доктора — 1903). С 1895 работала в лаборатории П.Кюри в Школе физики и химии (Париж), в 1900-06 — преподаватель физики в Севрской нормальной школе. С 1906 — профессор и заведующая кафедрой Парижского университета, с 1914 — также директор Института радия.
работы в области радиоактивности. В 1897 начала исследование радиоактивности солей урана и установила, что это свойство атомов урана. В 1898 независимо от Г.Шмидта доказала радиоактивность тория. Заметила повышенную радиоактивность некоторых минералов, содержащих уран и торий. В результате кропотливой работы по разработанному супругами Кюри методу обогащения урановой смолки были открыты в 1898 полоний и радий, а в 1899 — наведенная радиоактивность. В 1911 вместе с французским химиком А.Дебьерном получила металлический радий, определила его атомный вес и место в периодической таблице химических элементов. В 1903 за исследование радиоактивности удостоена Нобелевской премии по физике, а в 1911 за получение металлического радия — Нобелевской премии по химии.
Ввела термин "радиоактивность", разработала основы количественных методов радиоактивных измерений, первая использовала радиоактивность в медицине. В годы первой мировой войны организовала 220 передвижных и стационарных установок для рентгено- и радиологического обслуживания госпиталей Франции. умерла от лейкемии.
В честь Марии и Пьера Кюри названы 96 химический элемент — кюрий и единица радиоактивности — кюри.
Кюри Пьер (15.05.1859-19.041906) — французский физик, член Парижской АН (1905), медаль Дэви, Маттеучи. Родился в Париже в семье врача. Окончил Парижский университет (бакалавр — 1876, лиценциат по физике — 1878), где в 1878-83 работал ассистентом. В 1883-1904 — руководитель лаборатории в Школе физики и химии, с 1904 — профессор Парижского университета. Трагически погиб в результате несчастного случая.
Работы в области физики кристаллов, магнетизма, радиоактивности. В 1880 вместе с братом минералогом Ж.Кюри открыл прямой и обратный пьезоэлектрические эффекты, используя который они сконструировали высокочувствительный прибор для измерения малых зарядов и слабых токов. В 1884-85 развил теорию образования кристаллов и исследовал законы симметрии, ввел понятие поверхностной энергии граней и сформулировал общий принцип роста кристаллов, предложил принцип определения симметрии кристалла, находящегося под каким-либо воздействием (принцип Кюри).
Установил в 1895 независимость магнитной восприимчивости диамагнетиков от температуры и ее обратно пропорциональную зависимость от температуры для парамагнетиков (закон Кюри). Открыл для железа существование температуры, выше которой оно теряет ферромагнитные свойства (точка Кюри) и скачкообразно меняются удельная электропроводность и теплоемкость.
С 1897 вместе с женой М.Склодовской-Кюри сосредотачивается на исследовании радиоактивности, и делают ряд выдающихся открытий: новые радиоактивные элементы (полоний и радий), наведенную радиоактивность (Нобелевская премия, 1903). В 1901 обнаружил биологическое действие радиоактивного излучения, в 1903 открыл количественный законвнешних условий, что позволило ему предложить метод определения абсолютного возраста земных пород. В 1903 вместе с А.Лабордом обнаружил самопроизвольное выделение тепла солями радия, что свидетельствовало о наличии большой атомной энергии. Организовал промышленную добычу радия на основе разработанной технологии обогащения урановой руды.
Начались широкие исследования свойств новых излучений. В 1899 г. было показано, что в их составе есть два вида излучения, которые Розерфорд назвал - и -излучениями.
Резерфорд Эрнест (30.08.1871-19.10.1937) — английский физик, член Лондонского королевского общества (1903, 1925-30 — президент), всех академий наук, иностранный член АН СССР (1925). Родился в Спринг-Броуве (новая Зеландия) в многодетной (12 детей) семье строительного рабочего. окончил Кентербери-колледж в Крайстчерче (1894). В 1895-98 работал в Кавендишской лаборатории у Дж.Дж.Томсона, в 1898-1907 — профессор Макгиллского университета в Монреале, в 1907-19 — профессор Манчестерского университета и директор физической лаборатории. С 1919 — профессор Кембриджского университета и директор Кавендишской лаборатории.
Исследования в области радиоактивности и ядерной физики. Своими фундаментальными открытиями заложил основы учения о радиоактивности и теории строения атома. В 1899 открыл - и -лучи, в 1900 — эманацию тория. вместе с Ф.Содди в 1902-03 разработал теорию радиоактивного распада и установил законэлементов. За исследования по превращению элементов и химии радиоактивных веществ Резерфорду присуждена Нобелевская премия по химии (1908).
В 1908 вместе с Г.Гейгером сконструировал прибор для регистрации заряженных частиц (счетчик Гейгера) и с его помощью окончательно доказал, что -частицы — дважды ионизованные атомы гелия. обнаружил и установил закон рассеяния -частиц атомами различных элементов, что привело его к открытию в атоме положительно заряженного ядра и созданию новой планетарной модели атома (модель атома Резерфорда).
совместно с Э.Адриаде доказал идентичность рентгеновских спектров изотопов, подтвердив равенство их порядковых номеров в периодической таблице, наблюдал дифракцию -лучей на кристалле, доказав их электромагнитную природу. Выдвинул идею об искусственном превращении ядер, в 1919 осуществил первую искусственную ядерную реакцию, заложив основы ядерной физики, открыл протон. В 1920 предсказал существование нейтрона и дейтрона. С М.Олифантом экспериментально доказал справедливость взаимосвязи массы и энергии в ядерных реакциях (1933), в 1934 осуществил реакцию синтеза дейтронов с образованием трития.
создал большую школу физиков: Г.Гейгер, О.Ган, Г.Мозли, Дж.Чадвик, Н.Бор, П.Блэккет, П.Л.Капица, Дж.Кокрофт, Ю.Б.Харитон, А.И.Лейпунский и др.
Через три года Поль Вийяр (1860-1934) показал, что есть и третья компонента — -лучи. При исследовании -лучей было обнаружено, что e/m зависит от скорости частиц, и это натолкнуло немецкого физика Вальтера Кауфмана (1871-1947) на мысль, что масса электрона в соответствии с выдвинутой немецким физиком Максом Абрагамом (1875-1922) гипотезой имеет отчасти электромагнитное происхождение, т.е. возник вопрос о дуализме частица — волна.
В 1887-88 г.г. Герц, шведский физико-химик Сванте Август Аррениус (1859-1927), Риги установили влияние ультрафиолетового света на электрический разряд, а немецкий физик Вильгельм Людвиг Франц Галльвакс (1859-1922) показал, что при освещении электрода создаются электрические заряды. Так был открыт фотоэлектрический эффект. С 1888 г. исследованием фотоэффекта занимался Столетов и сформулировал основные законы этого явления.
Столетов Александр Григорьевич (29.07.1839-14.05.1896) — русский физик. Родился во Владимире в семье купца. Окончил Московский университет (1860, доктор — 1872). В 1862-66 работал у Г.Магнуса, Г.Кирхгофа, В.Вебера, с 1873 — профессор Московского университета.
Работы в области электромагнетизма, оптики, молекулярной физики, философии науки. В докторской диссертации впервые показал существование максимума в зависимости магнитной восприимчивости железа от величины намагничивающего поля. впервые снял кривую магнитной проницаемости ферромагнетика (кривая Столетова). Предложил два метода измерения магнитных свойств вещества: метод тороида с замкнутой магнитной цепью и баллистическое измерение намагниченности. В 1888-90 изучал внешний фотоэффект, разработав количественные методы его исследования, создал первый фотоэлемент и применил его на практике. Открыл пропорциональность фототока интенсивности падающего света (1 законэлектрического поля к давлению газа при максимальном токе постоянно (константа Столетова). Исследовал критическое состояние вещества (1892-94).
Создатель первой в россии университетской научно-исследовательской лаборатории (1872), был инициатором организации физического института при Московском университете. Автор ряда философских и историко-научных очерков.
Дж.Дж.Томсон определил характеристики носителей заряда при фотоэффекте и пришел к выводу, что это электроны. В 1883 г. американский изобретатель Томас Алва Эдисон (1847-1931) обнаружил испускание отрицательного электричества раскаленной угольной нитью. Томсон также исследовал поток этих частиц и удостоверился, что и это электроны, которые появляются в результате термоэлектронной эмиссии. Таким образом, к концу 19 века окончательно было опровергнуто представление об атомах как неделимых частицах материи и подтверждено существование первой элементарной частицы — электрона.
В самом начале 20 века в продолжение революционных открытий конца 19 века (прежде всего электрона и радиоактивности) были проведены исследования, коренным образом изменившие представления о строении материи.
Проводя исследования радиоактивности тория, Резерфорд обнаружил появление нового радиоактивного газа. Тщательный анализ, проведенный им совместно с английским химиком Фредериком Содди (1877-1956), показал, что новый газ по своим химическим свойствам подобен аргону. схожие явления были обнаружены и супругами Кюри при изучении радиоактивности радия. Был сделан вывод, что радиоактивность — это атомные явления, в которых рождаются новые виды вещества, происходят химические изменения внутри атома. Резерфорд и Содди установили природу -частиц и составили первые схемы радиоактивного распада, "гениалогические деревья" радиоактивных веществ.
В работах П.Кюри и Резерфорда был установлен экспоненциальный законили период полураспада не меняются под действием любых физических факторов. Это послужило основой способа определения возраста различных материалов. В результате анализа радиоактивных превращений появилось понятие изотопа, и были открыты различные изотопы многих веществ.
В то же время появляются первые модели строения атомов. Дж.Дж.Томсон предложил модель, которую усовершенствовал английский физик лорд Кельвин (Уильям Томсон, 1824-1907). Согласно этой модели атом состоит из электронов, вращающихся в равномерно положительно заряженном пространстве. Однако, здесь возникал ряд проблем: вращающиеся электроны должны были испускать электромагнитные волны и создавать магнитные поля. В итоге модель Томсона не выдержала ни критики теоретиков, ни опытной проверки.
В 1904 г. японский физик Хантаро Нагаока (1865-1950) предложил модель, развитую впоследствии Резерфордом, о существовании центрального положительного ядра, вокруг которого располагаются электроны. Эта модель позволяла объяснить металлические пластинки.
В 1913 г. голландский физик Антониус Ван ден Брук (1870-1926) выдвинул идею об атомном номере, предположив, что ядерный заряд равен порядковому номеру элемента в периодической системе Менделеева.
В том же году английский физик Генри Мозли (1887-1915) установил свой закон о том, что частота основных спектральных линий рентгеновских лучей пропорциональна квадрату числа, которое изменяется на единицу при переходе от одного элемента к соседнему. Он однозначно связал эту величину с зарядом внутреннего ядра.
В 1920 г. английский физик Джеймс Чадвик (1891-1974) по отклонению -частиц при столкновении с различными металлами установил, что ядерные заряды меди серебра и платины равны 29,3; 46,3 и 77,4, что практически соответствует их атомным номерам: 29, 47 и 78. Все это было подтверждением модели Резерфорда. Сам Резерфорд при бомбардировке азота -частицами получил протоны, осуществив тем самым первую ядерную реакцию: захват -частицы ядром азота с последующим расщеплением на протон и атом кислорода.
В 1912 г. Дж.Дж.Томсон вслед за Содди, который ввел понятие изотопов для радиоактивных элементов, обнаружил изотопы неона. Уже после войны в 1919 г. Астон, сконструировав масс-спектрограф, подтвердил существование двух изотопов неона, а позднее обнаружил наличие изотопов у многих элементов.
Астон Френсис Уильям (01.09.1877-20.11.1945) — английский физик и химик, член Лондонского королевского общества (1921), иностранный член-корреспондент АН СССР (1924). Родился в Хорборне в семье фермера и торговца. окончил Бирмингемский университет (1898), где работал в 1903-09. В 1910-19 — в Кавендишской лаборатории, с 1919 — в Тринити колледж Кембриджского университета.
Работы в области атомной и ядерной физики, радиохимии. С помощью сконструированного масс-спектрометра открыл большое количество изотопов у многих химических элементов и изучил их закономерности (Нобелевская премия по химии, 1922). В 1913 предложил метод газовой диффузии для разделения изотопов, в 1919 — электромагнитный метод. Постоянно повышая разрешающую способность создаваемых им спектрометров, измерил с большой точностью атомные массы элементов и показал, что масса ядра отличается от суммы масс входящих в него частиц. Определив дефекты масс ядер различных изотопов, в 1927 построил первую кривую упаковочных коэффициентов, характеризующих энергию связи атомных ядер. Открыл изотоп уран-238 (1931).
Открытие изотопов еще более усложнило вопрос о строении материи. Но сейчас превалирует концепция, что отдельным элементом считается вещество с определенным зарядом, отвечавшим за его химические свойства, а у элемента есть изотопы, отличающиеся физических свойств: масса, радиоактивность, спектр рентгеновского излучения.
В своих исследованиях Астон заметил, что с ростом порядкового номера элемента наблюдается отклонение от "правила целого числа". В 1920 г. ему пришла идея объяснения этого дефекта массы с использованием выводов теории относительности: при соединении нескольких протонов в ядро часть массы переходит в энергию связи. И это до сих пор является основой развивающейся теории ядра, а также всей ядерной энергетики.
принципиальным развитием модели Резерфорда было предложение в 1913 г. Бором своей теории электронных орбит. Одной из предпосылок этой теории были серии спектральных линий водорода, обнаруженные в 1885 г. швейцарским ученым Иоганном Якобом Бальмером (1825-1898), в 1906 г. американским физиком Теодором Лайманом (1874-1954) и в 1909 г. немецким физиком Фридрихом Пашеном (1865-1947). Эти серии в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра подчинялись очень простой закономерности: частоты были пропорциональны разности обратных квадратов целых чисел. Бор объяснил устойчивость планетарной модели атома и одновременно эти спектральные данные с позиций квантовой теории, введя понятие стационарных состояний для электронов (главное квантовое число), между которыми только и могут совершаться переходы с излучением. Проведенные расчеты для атома водорода дали хорошее согласие с экспериментом, но для других элементов получалось расхождение с опытными данными. Позднее немецкий физик Арнольд Иоганн Вильгельм Зоммерфельд (1868-1951) развил модель Бора, введя в рассмотрение эллиптические орбиты (радиальное и азимутальное квантовые числа) и зависимость массы от скорости. Это несколько улучшило теорию, но полного объяснения экспериментальных результатов не дало.
Эти теории были полуклассическими, т.е. в классическую картину вводились квантовые ограничения, и поэтому требовали развития. В 1918 г. Бор сформулировал принцип соответствия: при разработке теории следует руководствоваться тем, что при увеличении квантового числа описание системы должно асимптотически приближаться к классическому. Т.е. законы новой физики должны переходить в классические, когда квантовая дискретность стремится к нулю.
вместе с тем, при развитии теории строения материи появляется ряд законов, которые не имеют аналогов в классической физике. Так в 1925 г. Паули сформулировал свой запрет о невозможности существования двух одинаковых электронных состояний, который не имеет вразумительного объяснения, но использование его на практике дает хорошие результаты. С применением запрета Паули и принципа насыщения уровней к 1927 г. была в целом построена электронная структура всех известных к тому времени 92 элементов. Создание структуры электронных оболочек атомов позволила объяснить периодический закон Менделеева и многие химические свойства различных элементов (валентность, окислительно-восстановительные свойства и т.п.)
Далее продолжалось уверенное развитие квантовой теории и применение ее к описанию строения материи, начиная от атомов и молекул и кончая твердым телом. Развитие физики твердого тела тесно связано с именами немецкого физика Вальтера Шоттки (1886-1976), американского физика Феликса Блоха (1905-1983), французского физика Леона Бриллюэна (1889-1969) и других, заложивших основы зонной теории твердого тела. Применение этой теории стимулировало развитие новых областей техники, в частности, техники полупроводниковых приборов. В конце 40-х годов американские физики Джон Бардин (р.1908), Уолтер Браттейн (1902-1987) и Уильям Брэдфорд Шокли (1910-1989) построили первые полупроводниковые транзисторы (Нобелевская премия по физике, 1956), обеспечившие бурное развитие техники. В настоящее время полупроводниковая техника и микроэлектроника интенсивно развиваются как за счет использования новых физических представлений, так и в результате совершенствования технологии.
В 20-х годах 20 века интенсивно продолжались работы по более глубокому изучению строения материи. В 1925 г. по предложению Резерфорда Блекетт провел тщательный эксперимент, в котором впервые наблюдал появление протона в первой ядерной реакции (Нобелевская премия по физике, 1948), правильно интерпретированной самим Резерфордом. В 1928 г. русско-американский физик Георгий Антонович Гамов (1904-1968) развил теорию о туннельном эффекте, в соответствии с которой более эффективными "снарядами" для бомбардировки ядер являются протоны, а не -частицы. В связи с этим началась разработка методов получения высокоэнергетичных протонов. оригинальный и наиболее эффективный способ ускорения заряженных частиц предложил американский физик Эрнест Орландо Лоуренс (1901-1960) и создал в 1930-32 г.г. первые циклотроны (Нобелевская премия по физике, 1939).
В 1932 г. в лаборатории Резерфорда английский физик Джон Дуглас Кокрофт (1897-1967) и ирландский физик Эрнест Томас Синтон Уолтон (р.1903) с помощью протонов, полученных на ускорителе собственной конструкции, расщепили ядро лития с образованием двух -частиц (Нобелевская премия по физике, 1951). При этом было экспериментально доказано, что вещество преобразуется в энергию в соответствии с идеей Астона и теорией относительности.
В том же году на основании экспериментов по бомбардировке бериллия и лития -излучения, проведенных супругами Жолио-Кюри, Чадвик открыл нейтрон (Нобелевская премия по физике, 1935), а американский физик Гарольд Клейтон Юри (1893-1981) открыл дейтерий (Нобелевская премия по физике, 1934).
Жолио-Кюри Ирэн (12.09.1897-17.03.1955) – французский физик и радиохимик, почетный член ряда академий наук и научных обществ, иностранный член-корреспондент АН СССР (1947), медали Маттеучи, Лавуазье. Родилась в Париже в семье П.Кюри и М.Склодовской-Кюри. окончила Парижский университет (1920), степень доктора – 1925. С 1918 работала под руководством М.Кюри в Институте радия, с 1934 – директор Института радия и заведующая кафедрой физики Парижского университета. В 1936 – помощник статс-секретаря по научно-исследовательским делам в правительстве Франции, в 1946-50 вела большую работу в Комиссариате по атомной энергии.
работы в области радиоактивности, ядерной физики, ядерной химии. В 1934 вместе с Ф.Жолио-Кюри открыла явление искусственной радиоактивности (Нобелевская премия по химии, 1935) и получила искусственные радиоактивные изотопы. В том же году они открыли позитронную радиоактивность. В 1931 при исследовании излучения бериллия при бомбардировке -частицами они сделали вывод о корпускулярной природе этого излучения, что привело к открытию нейтрона Дж.Чадвиком. В 1938 Ирен совместно с П.Савичем установили появление лантана при облучении нейтронами урана, на основании чего О.Ган и Ф.Штрассман открыли явление деления ядер урана.
Занималась общественной деятельностью, во время оккупации Франции (1940-44) вела активную антифашистскую борьбу, после войны выступала против использования атомной энергии в военных целях, была членом всемирного Совета Мира.
Жолио-Кюри Фредерик (19.03.1900-14.08.1958) – французский физик, член Парижской (1943) и многих других академий наук и научных обществ, иностранный член АН СССР (1947), медали П.Кюри, Маттеучи, Барнарда, Хьюза, Лавуазье. Родился в Париже в семье коммерсанта. Окончил Школу физики и химии (Париж, 1923), степень доктора (1930). В 1925-30 работал в Институте радия и преподавал в различных учебных заведениях (Париж). В 1926 женился на И.Кюри и с 1928 появляются их общие работы, подписываемые с 1934 Жолио-Кюри. С 1930 – научный сотрудник национального фонда наук, с 1932 также преподавал в Сорбонне. С 1937 – профессор Коллеж де Франс и одновременно руководитель лаборатории атомного синтеза в национальном центре научных исследований (в 1944-45 – директор). В 1946-50 – верховный комиссар организованного по его инициативе Комиссариата по атомной энергии, в мае 1950 правительство Франции отстранило его от руководства из-за отказа вести ядерные исследования в военных целях. С 1956 – профессор Парижского университета, руководитель лаборатории в Институте радия и директор Института ядерной физики в Орсе.
работы в области ядерной физики, ядерной химии, ядерной техники. Вместе с И.Кюри в 1928 начал исследование ядерных реакций при облучении легких ядер -частицами. Обнаружили способность бериллиевого излучения выбивать ядра водорода, гелия и азота. Дж.Чадвик показал, что ответственным за этот процесс является поток нейтронов. В 1934 Ф.Жолио-Кюри показал, что масса нейтрона больше массы протона, что свидетельствовало о нестабильности нейтрона. В 1933 супруги Жолио-Кюри впервые получили фотографию со следами электрона и позитрона, рожденных -квантом (образование пар), а Ф.Жолио-Кюри вместе с Ж.Тибо первыми наблюдали аннигиляцию электронов и позитронов.
В 1935 супруги Жолио-Кюри получили Нобелевскую премию за открытие искусственной радиоактивности, вызванной быстрыми -частицами. Они предсказали, что искусственная радиоактивность может быть также вызвана нейтронами, дейтронами, протонами. Ф.Жолио-Кюри почти одновременно с О.Ганом и Ф.Штрассманом экспериментально открыл деление урана и одним из первых пришел показал возможность развития цепной ядерной реакции с выделением огромной энергии вследствие появления вторичных нейтронов. В 1939-40 разработал ряд технологических проектов освобождения ядерной энергии и начал с сотрудниками работы по созданию ядерного реактора на тяжелой воде, которые были прерваны из-за оккупации Франции фашистами. В 1940-44 был участником Движения Сопротивления, возглавлял "национальный фронт", в его лаборатории изготовлялась взрывчатка. после войны возобновляет ядерные исследования, в 1948 осуществляет запуск первого французского циклотрона и экспериментального ядерного реактора на тяжелой воде.
Ф.Жолио-Кюри — выдающийся общественный деятель, с 1950 — председатель всемирного Совета Мира, в 1951 удостоен Международной Ленинской премии "За укрепление мира между народами". Президент Французского физико-химического общества (1936-38), один из основателей и президент (с 1946) всемирной федерации научных работников, с 1947 президент общества "Франция-СССР".
Открытие нейтрона и дейтерия почти сразу привело к изменению представлений о строении атома и советский физик Дмитрий Дмитриевич Иваненко (1904-1994) предложил протонно-нейтронную модель ядра, которая стала господствующей в физике.
В 1933-34 г.г. супруги Жолио-Кюри, проводя бомбардировку -частицами легких элементов (B, Al, Mg), установили испускание позитронов, а также образование новых искусственных радиоактивных элементов. В дальнейшем работы по получению радиоактивных изотопов были продолжены с применением бомбардировки ускоренными протонами и дейтонами. В 1934 г. Ферми предложил бомбардировку нейтронами и показал, что ее эффективность существенно повышается при использовании медленных нейтронов. С применением бомбардировки нейтронами Ферми с сотрудниками, а также немецким ученым Отто Гану (1879-1968) и Лизе Мейтнер (1878-1968) удалось открыть первые трансурановые элементы: нептуний и плутоний.
При бомбардировке урана нейтронами в 1938 г. Ган совместно с немецким физиком и химиком Фрицем Штрассманом (1902-1980) открыл деление ядер урана (Нобелевская премия по химии, 1944). Это явление было практически одновременно правильно интерпретировано как ими самими, так и Лизе Мейтнер, немецко-английским физиком Отто Робертом Фришем (1904-1979) и Фредерико Жолио-Кюри. Мейтнер и Жолио-Кюри предсказали возможность развития цепной реакции вследствие освобождения избыточного числа нейтронов при делении. Развитие этого представления нашло реализацию в создании промышленных ядерных реакторов (в дальнейшем — атомной энергетики) и атомной бомбы с использованием ядерных реакций деления урана-235 и плутония.
В 1934 г. при исследовании космических лучей Андерсон обнаружил, а в 1937 окончательно подтвердил открытие нового типа частиц — мезонов, возможность существования которых теоретически показал Юкава.
Юкава Хидэки (1907-1981) – японский физик, член Японской (1946) и ряда других академий наук, иностранный член АН СССР (1966). Родился в Токио в семье профессора геологии. Окончил университет в Киото (1929 — магистр). В 1932-33 там же преподавал, 1933-39 – в университете в Осаке, с 1939 — в Киотском императорском университете, 1953-70 – там же директор Института фундаментальной физики.
Работы в области квантовой механики, ядерной и мезонной физики, теории элементарных частиц. Развивая идеи И.Е.Тамма и Д.Д.Иваненко об обменном характере ядерных сил, в 1935 выдвинул гипотезу о частицах с массой около 200 электронных масс (мезонов), ответственных за перенос ядерного взаимодействия между нуклонами (Нобелевская премия, 1949). -мезоны были обнаружены экспериментально в 1947. Развил основные положения мезонной теории, получил выражение для взаимодействия нуклонов (потенциал Юкавы). совместно с С.Сакатой предсказал в 1935 К-захват, в 1938 построил скалярную теорию ядерных сил и ввел нейтральный мезон для объяснения зарядовой независимости ядерных сил. В 1953 выдвинул идею промежуточного бозона.
Но вскоре выяснилось, что обнаруженные частиц по ряду своих параметров отличаются от мезонов, ответственных за перенос ядерного взаимодействия. И только в 1947 г. были открыты частицы, полностью соответствующие предсказаниям японского физика-теоретика. В то же время появилась идея о поле ядерных сил, обеспечивающем устойчивость ядра и природа которого еще до конца не ясна. характерными особенностями этих сил являются очень малый радиус действия и чрезвычайная интенсивность. Существует капельная модель ядра, предложенная Бором.
Во второй половине 20 века при исследовании ядерных реакций было открыто множество элементарных частиц, большой вклад в систематизацию которых внес Гелл-Манн.
Гелл-Манн Мюррей (р.15.09.1929) — американский физик, член Национальной АН (1960), лондонского королевского общества, премии Хейнемана и Лоуренса, медали Франклина и Карти. Родился в Нью-Йорке в семье эмигрантов из Австрии. В пятнадцатилетнем возрасте поступил и в 1948 окончил Йельский университет, степень доктора — 1951 (Массачузетский технологический институт). В 1952-54 работает в Чикагском университете, с 1954 — в Калифорнийском технологическом институте (с 1956 — профессор).
Работы в области квантовой теории поля, ядерной физики, физики элементарных частиц. В 1953 ввел понятие странности — нового квантового числа для характеристики элементарных частиц и открыл законклассификации частиц предсказал новые частицы, выдвинул модель "глобальной симметрии". совместно с Р.Фейнманом разработал теорию слабого взаимодействия (1958). В 1961 предложил модель векторной доминантности и независимо от Ю.Неемана систематику элементарных частиц (система симметрий Гелл-Манна — Неемана), с помощью которой предсказал новую элементарную частицу (экспериментально обнаружена в 1964). Независимо от других выдвинул гипотезу кварков (1964) и глюонов (1973). За открытия, связанные с классификацией элементарных частиц и их взаимодействий, удостоен Нобелевской премии по физике в 1969 г.
Современные физики, постоянно совершенствуя методы исследования, получают новые экспериментальные и теоретические результаты, и развитие учения о строении материи продолжается.