小居里夫妇错失良机

小居里夫妇错失良机

所有坚韧不拔的努力迟早会取得回报的。

——《安格尔论艺术》

德国人博特和他的学生贝克发现中子。博特是世界一流的物理学家、量子论的开山鼻祖——普朗克为数不多的传人。他学识渊博，对待科学的态度非常严谨，获得物理学界的一致好评。

1928年，博特和贝克用钋－α粒子轰击铍靶，想进一步证实卢瑟福所观察到的蜕变，弄清它们是否伴有高能γ射线的发射。

他们使用电测计数法，发现了一种有穿透性的辐射。这种辐射的强度为其他元素正常辐射的10倍，他们把它解释为γ射线。然后他们又观察了锂和硼的情况，发现所观察到的γ射线具有能量比入射的α粒子的能量还要大。这与能量守恒定律是相违背的。博特解释说，这个能量必定来自核蜕变。但是α粒子在作用时并不分解这些元素。当用α粒子轰击铍时，发现它虽然放射出非常强大的辐射，但却不放射出质子。

查德威克

查德威克得知这一试验结果后，对铍的能量来源有些疑问。一般说来，辐射的能量来自原子核，可是在这个实验中，并未放射出质子，难道放射出了中子？查德威克认为这种可能性很大。于是他带领学生做同样的试验。

小居里夫妇即居里夫人的女儿、女婿1931年开始用超强的钋辐射源来研究博特的穿透辐射。1932年1月28日，他们报告一项始料未及的重大观察结果：这种辐射能使石蜡层放出质子。他们用一个与静电计相连的电离室发现了这一事实，结果十分奇妙，他们立即想到用云室来确认。2月22日，他们发表了第二次观察的结果，证实了这是质子。博特的穿透性γ射线竟然发射质子！这项发现很了不起！由轰击质子而引起自由粒子射出是著名的电子康普顿效应的一种形式。然而，在一般的康普顿效应中，反冲电子很轻（mc²＝0．51MeV），容易被反冲，但是质子的质量是电子质量的1836倍，并不那么容易被反冲。如果一颗弹子撞击另一颗弹子，这是容易发生反冲的，但是如果一颗弹子撞击一辆汽车，汽车就不应该有明显的移动。可是按照小居里夫妇对实验的解释，汽车也能被推走好远，这怎么可能呢？

小居里夫妇

卢瑟福看了查德威克给他的小居里的实验报告，不相信会有这种情况发生，他怀疑这种能量很大的γ辐射线可能是中子辐射。查德威克也有同感。他用铍辐射源轰击氢、氦、锂、铍、硼、碳、氮、氧，结果表明所有的实验都打出了质子；用从放射性元素钋中射出的大量粒子轰击轻金属铍的原子核，相互作用当中，喷射出不带电荷的粒子束，从而分离出了这种长期猜测的粒子。当查德威克使这些粒子穿透含氢丰富的粗石蜡时，它们形成了巨大的能量，可轻易击破可辨认的质子。查德威克据此提出了假设：铍辐射不是γ辐射，而是一种质量与质子很接近的粒子的辐射。因为γ辐射是光子辐射，不可能从原子核中打出质子。为了解释这种辐射强大的穿透力，必须假设粒子没有静电荷。他假设它是卢瑟福在1920年讲演中所讨论的“中子”。查德威克后来做了一系列实验，证明他的假设是正确的。

铀核裂变

查德威克发现了中子，意义重大，不仅改变了当时人们的物质结构的概念，还为研究和变革原子核提供了一种有力的手段，促进了核裂变研究工作的发展和原子能的利用。