因的结构（因的结构和部首是什么意思）

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作者：姬扬

在道尔顿、布朗、爱因斯坦和佩兰的共同努力下，人类达成了原子存在的共识。

但道尔顿现代原子论中提到“原子是不可分割的”。原子真的是构成物质的最小单元吗？原子能继续拆分吗？

是约瑟夫·汤姆森、欧内斯特·卢瑟福、詹姆斯·查德威克三代师生解决了这个问题。

葡萄干布丁模型-打开原子的第一层面纱

汤姆森是第一个打开原子内部结构的科学家。

汤姆森正在研究β射线时，发现β射线由带负电粒子组成，称为电子粒子。

汤姆森认为每个原子都应该有这样的电子。此外，汤姆森还提出了他的葡萄干布丁原子模型：每个原子都像一个葡萄干布丁，正电荷和布丁，均匀分布在整个原子中，负电荷电子，像葡萄干一样，撒在布丁上。

虽然这个模型在教科书上的评价不高，只是一带一路，但是这个模型有自己的意义，说明原子可以继续拆分。继续拆分的任务交给了他的学生卢瑟福。

卢瑟福的原子模型“炼金术士”

1901年，卢瑟福在研究放射性元素“焊接”时，发现焊接元素可以向外释放α射线，更令人惊讶的是，在衰变之后，它变成了另一种元素。

一个元素可以转化为另一个元素。过去，这件事只存在于炼金术士的幻想中。现在卢瑟福证实，这一重大发现使卢瑟福获得了1908年诺贝尔化学奖。

顺便说一句，卢瑟福拿到诺贝尔化学奖后并不高兴。他觉得自己显然是物理学家，应该获得诺贝尔物理学奖。

然而，诺贝尔奖对卢瑟福来说并不重要。通过对放射性元素的研究，他发现放射性元素释放的能量来自原子。当时，包括居里夫人在内的许多人认为放射性物质的能量是从外部吸收的。因此，卢瑟福认为居里夫人对放射性了解不够。

若原子内部能释放出各种射线，则指向另一件事：原子可继续向下拆除。

原子里到底有什么？于是，卢瑟福开始使用α粒子对原子发动了轰击。这就是著名的“金箔实验”。

1908年，卢瑟福在助手盖革的帮助下一起使用α颗粒继续轰击金箔。他们发现，α当颗粒通过金箔时，大多数颗粒直接通过，而很少有颗粒偏移。卢瑟福称之为散射，而很少有颗粒有很大的偏移。

异常现象背后一定有原因。卢瑟福专注于这些偏转很大的粒子。他甚至让助手找出他是否反弹了。α粒子。虽然卢瑟福本人没有任何希望，但助手真的发现有非常非常少的粒子被直接反弹回来。

用卢瑟福自己的话来说，就像你用炮轰纸巾一样。结果，炮弹被纸巾弹回来了。这些被弹回的粒子就像炮弹，击中了卢瑟福的想象力。

卢瑟福已经知道了，α颗粒具有正电荷，如果发生如此大的偏转，一种可能是它们具有非常大的电磁力作用。弹回的粒子应该直接撞到电荷集中的地方，即原子核。

根据计算，原子核应该非常非常小，就像鸟巢体育馆里的网球一样。

然而，根据他老师汤姆森的葡萄干布丁模型，原子中的正电荷应该均匀分布，不应该有如此集中的正电荷。老师之前说的总是错的吗？

卢瑟福是一个极其严谨的人，他并不急于透露自己的发现。卢瑟福模型于1911年首次公布，他花了近四年时间确认了大量数据，然后确认了万无一失。

卢瑟福认为，原子不是坚不可摧的。原子中间有一个带正电的小原子核，外面有一个高速旋转的电子。

现在，卢瑟福还有更重要的事情要做，他需要弄清楚原子核是什么。

卢瑟福继续使用他最喜欢的卢瑟福α粒子轰击其他原子。卢瑟福在轰击氮原子时发现了一种现象，α当颗粒与氮原子碰撞时，氢原子核就会出现，即后来的质子。

氢原子核可能是氮原子核的组成部分。而且氢原子核的质量很轻，其他原子核的质量是它的整数倍。氢原子核是所有原子核的组成部分吗？

如果是这样，这将是另一个重大发现。

1920年，卢瑟福公布了他的发现：氢原子核是构成所有原子核的基本单元。他给这个基本单元起了个名字，质子[1]。

然而，卢瑟福仍然保持谨慎的态度。宣布这一发现后，他去找另一位物理学家帕特里克·布莱克特利做更多的研究来验证他的猜想。

在观察了23000张照片中的40多万条轨迹后，他们发现了8条特殊轨迹。再一次，卢瑟福从异常情况下做出了重大发现。这八条轨迹表明氢原子核确实是其他元素原子核的组成部分（这八条轨迹表明氮原子核α颗粒碰撞后形成极不稳定的氟原子，然后衰变成氧原子核和氢原子核)。

因此，发现了原子核中最重要的粒子。

在小房间里，夫妻和中子擦肩而过

卢瑟福发现质子后，他和助手查德威克又发现了一个神奇的现象。

氮原子的原子核重量约为氢原子核的14倍（相当于14个质子重量），而电子只有7个。如果原子核中只有质子，氮原子应带电，这是不可能的。因此，卢瑟福推测，原子核中应该有一种不带电的中性粒子，其重量与质子相似。

这种中性粒子，就是中子。但到目前为止，这只是一个猜测，卢瑟福还没有直接证据证明中子存在。

德国两位科学家Walther首先发现了这一证据 Bothe和Herbert Becker。

1930年，他们用α对锂、铍、硼等元素的粒子轰击，轰击后，发现了一种奇怪的射线。这种射线能量很高，不带电。他们认为这应该是γ射线(一种电磁波辐射)[2]。

根据一些材料，居里夫人的女儿和女婿是第一个发现中子证据的，也就是小居里夫妇，但不是。然而，这对夫妇很快就投入到了这种射线的研究中，他们利用这种辐射轰击其他物质，获得了非常高能的质子[3]。

不幸的是，他们并不怀疑这种射线本身是否存在γ射线。因此，他们确实错过了中子和诺贝尔奖牌。

卢瑟福的助手查德威克敏锐地意识到这种射线根本不是什么γ射线，应该是卢瑟福预言的中子。因此，查德威克迅速重复了实验，并证明了射线是由一种不带电、质量非常接近质子的小颗粒组成的，证实了中子的存在。查德威克在1935年获得诺贝尔物理学奖。

对了，另一位叫劳伦斯的科学家也发现了Walther Bothe和小居夫妇的解释有问题，他们也投入了研究，但他们仍然比查德威克慢一步。然而，由于另一项研究，劳伦斯为人类核能的发展做出了极大的贡献，并获得了自己的诺贝尔奖。我们以后会提到他。

到目前为止，人们不仅发现了原子核中的质子和中子，还知道一种物质可以通过改变原子核的组成转化为另一种物质。

接下来，人们将开始将手伸进原子核，摘下原子核中的能量果实。

参考文献：

[1]Romer A (1997). "Proton or prouton? Rutherford and the depths of the atom". American Journal of Physics. 65 (8): 707.

[2]Bothe, W.; Becker, H. (1930). "Künstliche Erregung von Kern-γ-Strahlen"[Artificial excitation of nuclear γ-radiation]. Zeitschrift für Physik. 66 (5–6): 289–306.

[3]Joliot-Curie, Irène & Joliot, Frédéric (1932). "mission de protons de grande vitesse par les substances hydrogénées sous l'influence des rayons γ très pénétrants"[Emission of high-speed protons by hydrogenated substances under the influence of very penetrating γ-rays]. Comptes Rendus. 194: 273.

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