История и методология физики

Атомное ядро 
Многочисленные опыты по рассеянию α-частиц подтвердили представления 
Резерфорда о ядерном строении атома и его знаменитую формулу. Вместе с тем 
согласие теории с экспериментом наблюдалось только в случае рассеяния α-частиц 
тяжелыми элементами. Рассеяние α-частиц по разным направлениям легкими 
элементами оказалось отличным от того, что предсказывала теория. В этом случае 
говорили об «аномальном» рассеянии α-частиц. Объясняли это так: поскольку заряд 
ядра тяжелых атомов довольно большой, то силы отталкивания между ними и а-
частицами очень велики. Эти силы заставляют α-частицы отклоняться от своего пути 
еще сравнительно далеко от ядра. В случае легких элементов, заряд ядра которых 
сравнительно невелик, силы отталкивания намного слабее, так что α-частицы могут 
близко подходить к ядру, и, возможно, даже проникать в него. Такие рассуждения 
привели Резерфорда к мысли о возможности расщепления атомных ядер с помощью 
быстрых α-частиц. Проделав ряд остроумных опытов, Резерфорд пришел к 
поразительному открытию - при бомбардировке азота быстрыми α-частицами из недр 
его ядер вылетают ядра атома водорода.
Вначале ядро атома водорода предполагалось называть «бароном» (от слова 
«барос» - тяжелый), однако такое название не получило распространения и был 
найден другой термин «протон» («протос» - первый, первичный), который сразу же 
был принят .физиками. Выполнив большое число экспериментов, Резерфорд пришел к 
выводу, что протон входит в состав ядер всех атомов. Таким образом, не атом 
водорода, как предполагал Праут, а ядро атома водорода является составной частью 
всех атомов. 
Описанные опыты Резерфорда позволяли проследить только поведение протона, 
а судьба α-частицы и остальной части ядра оставалась неизвестной. Эту часть драмы, 
связанной с бомбардировкой атомов азота α-частицами, стал изучать в 1925 г. 
английский физик Патрик Блэкетт (1897-1974). Он исследовал следы («трэки») с 
помощью камеры Вильсона. Это была очень трудоемкая работа, поскольку 
вероятность разрушения ядер α-частицами ничтожно мала. Чтобы прийти к 
убедительным заключениям о α характере превращений, Блэкетт сделал свыше 20 
тысяч вильсоновских фотографий. Среди этих фотографий он обнаружил только 
восемь, которые отображают расщепление ядра азота. На них жирный след а-частицы 
прерывается «вилкой»: вместо следа а-частицы возникают два других следа. Один из 
них принадлежит атому кислорода, а другой - протону. Результат исследования таких 
картин привел к заключению, что Резерфорд в своих опытах наблюдал не разрушение 
ядра атома азота, а скорее превращение этого ядра в результате проникновения в него 
а-частицы. 
Исследования 
Блэкетта 
стали 
наглядным 
и 
окончательным 
доказательством существования протона. Свободный протон является стабильной 
частицей – согласно экспериментальным данным среднее время жизни протона 
превышает 10
30
лет.

---

Вскоре после открытия атомного ядра Резерфордом французский физик Поль 
Ланжевен (1872-1946) отметил, что ядерная модель атома несколько не соответствует 
данным о радиоактивном распаде. Он обратил внимание, что радиоактивные вещества 
испускают также β-лучи, которые, по всей вероятности, исходят из глубин атома. 
Поэтому он предположил, что в атомном ядре должны находиться также электроны. 
Эта точка зрения была поддержана многими физиками. В частности, Мария Кюри-
Склодовская считала, что в атоме существуют «основные», или «ядерные», электроны, 
а также «периферические» электроны. Испускание «ядерных» электронов приводит к 
разрушению самого атома, а «периферические» электроны могут быть оторваны от 
атома без изменения его химической природы. Необходимость включения в состав 
ядра помимо протонов еще и электронов обосновывалась следующим образом. 
Рассмотрим, например, атом гелия. Его атомный вес равен 4, поэтому его ядро 
должны бы состоять из 4 протонов. Но в периодической системе элементов гелий 
занимает второе место после водорода. Это значит, что заряд ядра гелия равен 2. Для 
компенсации положительного заряда четырех протонов и необходимы два электрона в 
составе ядра атома гелия. Аналогичные рассуждения приводили к необходимости 
существования электронов и в ядрах других атомов. Однако такая гипотеза 
противоречила ряду экспериментальных фактов, кроме того, нахождение электронов 
внутри ядра было несовместимо с соотношением неопределенностей. Тем не менее, 
представления такого рода держались в физике около 20 лет, пока не был открыт