Question

科学家们是怎样发现中子的存在的？

Answer 1

1920年，英国物理学家卢瑟福曾在著名的贝克尔演讲中作出“原子核内可能存在着质量与质子质量相同的中性粒子”的理论预言。为了检验卢瑟福的假说，卡文迪什实验室从1921年就开始了实验探索工作。

接手这项工作的正是查德威克。1923年，他得到卢瑟福的赞同，用游离室和点计数器作为检测手段，尝试在大质量的氢化材料中检测γ辐射的发射。在初步作了这些尝试之后，查德威克考虑到中子只有在强电场中形成的可能性，但没有合适的变压器可用。正当查德威克着手进一步开展探讨中子的研究时，柏林的玻特和巴黎的约里奥·居里夫妇相继发表了他们的实验结果。

从1928年起，德国物理学家玻特和他的学生贝克尔就开始用钋发射的α粒子轰击一系列轻元素，发现α粒子轰击铍时，会使铍发射穿透能力极强的中性射线，强度比其他元素所得要大过十倍。用铅吸收屏研究其吸收率，证明这种中性辐射比γ射线还要硬。1930年，他们率先发表了这一结果，并断定这种贯穿辐射是一种特殊的γ射线。

同时，在巴黎居里实验室，法国物理学家约里奥·居里夫妇也正进行着类似的实验。1932年1月，他们重复了玻特和贝克尔的实验，对这种射线进行了研究。他们在铍板和测量仪器之间放置各种物质。结果发现，把石蜡板插入后，仪器所记录到的效应要比插入前强得多；而且记录到的是质子。没有石蜡板时，是不带电的射线。这表明石蜡在这种铍射线照射下，会发射出大量质子。他们肯定了石蜡发出的是质子流，遗憾的是，他们没有摆脱玻特的错误解释，也把铍辐射看成是γ射线。1月18日，他们发表了相关实验结果和评论。由于他们对理论的轻视，使他们白白失去了一次发现中子的机会。

约里奥·居里夫妇的实验结果引起了查德威克的注意，但他并不同意居里夫妇的解释。在铍辐射的研究中，查德威克用这种射线先后辐射轻、重不同的几种元素，结果发现射线的性质与通常的γ射线有所不同。当这种射线轰击氢原子和氮原子时，打出了一些氢核和氮核。由此，他断定这种射线不可能是γ射线。因为通常的γ射线照射到物质上时，物质密度越大，对γ射线吸收得越厉害，而这种射线性质刚好相反，密度越小的物质越容易吸收它。

当查德威克用这种射线轰击氢原子核时，发现它被反弹回来，说明这种射线是具有一定质量的中性粒子流。通过对反冲核的动量测定的结果，再利用动量守恒定律进行估算，确定出这种射线中性粒子的质量几乎与质子的相同。查德威克这时才意识到原来玻特和贝克尔最先观察到的这种辐射应当就是卢瑟福所提出的质子与电子的复合体。他沿用了美国化学家哈金斯的中子这个名称作为对这种粒子的正式命名，并在1932年的《自然》杂志上发表了《中子可能存在》的论文。