Неизвестная часть ядра

В стройной картине атома явно не хватало деталей. Протоны и электроны не могли объяснить всех наблюдаемых свойств атомов.

Как уже было показано, атом имеет определенный атомный номер, который соответствует количеству единиц положительного заряда в ядре. Позже было обнаружено, что это соответствует числу протонов в атоме. Однако атом имел еще одну характеристику — атомный вес. Это относительная величина, выражающая массу атома в массах самого легкого элемента — водорода (его атомной массе приписано значение 1). Масса всех остальных элементов получалась кратной массе атома водорода.

В ядре водорода только протон, так что атомная масса водорода равнялась его атомному номеру. Однако для других элементов такого равенства не наблюдалось. К 1920-м годам в научной среде широко распространилось мнение, что за эту неучтенную массу отвечает некая незаряженная частица в ядре атома. Хотя атомные массы не являются столь последовательной характеристикой элементов, как их номер (из-за наличия в рамках одного элемента нескольких изотопов с разной массой), в целом можно было сказать, что атомная масса легких элементов представляла собой удвоенный атомный номер, а значит, и количество протонов. Неужели масса неизвестной нейтральной частицы была та же, что и у протона?

Джеймс Чедвик и его установка для измерения массы нейтрона

В начале 1930-х годов исследователи открыли новый тип излучения, который регистрировался, когда высокоэнергетические альфа-частицы попадали в образец бериллия или бора. Это излучение не имело электрического заряда, а его энергия намного превышала энергию гамма-лучей. В 1932 году Джеймс Чедвик проводил эксперименты, направляя неизвестное излучение на газы однородного состава и получая молекулы других масс. Измерив этот эффект, Чедвик рассчитал массу частиц, представлявших неизвестное излучение. Он обнаружил, что масса неизвестной частицы должна быть примерно как у протона. Новую частицу назвали нейтрон от латинского корня «neutral» (нейтральный) и обычного для частиц суффикса «on» (он). Эта нейтральная частица наконец завершила картину нашего понимания атомного ядра.