Ανδρέας Ιωάννου Κασσέτας

Γεννημένος στη Νέα Ζηλανδία, δεκαπέντε χρόνια μικρότερος από τον Τζέι Τζέι Τόμσον και οκτώ χρόνια μεγαλύτερος από τον Αϊνστάιν, ο Έρνεστ Ράδερφορντ, έγινε ο μεγαλύτερος πειραματικός φυσικός του 20ου αιώνα

Τις μέρες εκείνες ερευνούσαμε τη σκέδαση που υφίστανται τα σωματίδια άλφα όταν πέφτουν πάνω σε υλικά αντικείμενα και ο δόκτωρ Geiger , στο μικρό μας εργαστήριο, είχε μελετήσει το ζήτημα λεπτομερώς ».

Τα αόρατα ΑΛΦΑ εκπέμπονται με μεγάλες ταχύτητες από τα σπλάχνα της ύλης από ραδιενεργά υλικά, χρειαζόμασταν λοιπόν ραδιενεργές ουσίες, όπως το ΡΑΔΙΟ ή το ΠΟΛΩΝΙΟ. Στην Αγγλία δεν υπάρχει ΡΑΔΙΟ. Μας είχε όμως δανείσει η Ακαδημία Επιστημών της Βιέννης 350 γραμμάρια ραδίου, προερχόμενο από τα ορυχεία Joakimstahl της Αυστροουγγαρίας. τα αόρατα άλφα μπορούσαμε να τα μετράμε . . ή τουλάχιστον να τα υπολογίζουμε παρατηρώντας με ένα απλό μικροσκόπιο τους ΣΠΙΝΘΙΡΙΣΜΟΥΣ . είχα διαπιστώσει ότι εάν τα σωματίδια άλφα πέσουν σε θειούχο ψευδάργυρο προκαλούν ΣΠΙΝΘΙΡΙΣΜΟΥΣ . Είχαμε ξεκινήσει μια έρευνα, βάζοντας το ράδιο σε μολύβδινο δοχείο, βομβαρδίζαμε, με τα αόρατα άλφα, ένα λεπτό φύλλο χρυσού, παρατηρούσαμε τους σπινθηρισμούς στο περίβλημα θειούχου ψευδάργύρου που είχαμε φροντίσει να υπάρχει γύρω από το φύλλο χρυσού. «Είχα συνεννοηθεί με τον Geiger και ζητήσαμε από τον νεαρό Ernest Marsden να ερευνήσει μήπως ορισμένα σωματίδια άλφα σκεδάζονται υπό μεγάλες γωνίες»  Ομολογώ ότι δεν πίστευα πως κάτι τέτοιο θα μπορούσε να συμβεί». «Ξέραμε ότι τα σωματίδια άλφα ήταν βαριά σωματίδια πολύ μεγάλης ταχύτητας και η πιθανότητα να σκεδαστούν από κάποια υποτιθέμενη συσσωρευμένη ύλη ήταν από ελάχιστη έως ανύπαρκτη. Θυμάμαι ωστόσο ότι δύο ή τρεις μέρες αργότερα ήρθε

ο Geiger συγκινημένος και μου είπε: « τελικά διαπιστώσαμε ότι ορισμένα σωματίδια άλφα σκεδάζονται με μεγάλες γωνίες αλλά το εντυπωσιακό ήταν ότι, μερικά από τα βλήματα, κυριολεκτικά, επέστρεφαν προς τα πίσω».

Σε κάθε 8000 «βλήματα» άλφα το ένα επέστρεφε. Ήηταν το πιο απίστευτο πράγμα που είχε ποτέ συμβεί μέσα σε εργαστήριο.

"It was quite the most incredible event that has ever happened to me in my life. " It was almost as incredible as if you had fired a fifteen inch shell at a piece of tissue paper and it came back and hit you."

  Ήταν φανερό ότι η δομή του ΑΤΟΜΟΥ δεν μπορούσε να είναι σαν εκείνη που είχε προτείνει ο J. J . Thomson.

Όλο το θετικό φορτίο και όλη η μάζα του ατόμου του χρυσού φαίνεται να είναι

ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΜΕΝΑ ΣΕ ΜΙΑ ΜΙΚΡΗ ΠΕΡΙΟΧΗ ΤΟΥ ΑΤΟΜΟΥ

Για την εσωτερική δομή του ατόμου, ο Rutherford, το 1911, προτείνει ένα μοντέλο το οποίο θα χαρακτηριστεί πλανητικό, δεδομένου ότι θυμίζει μικρογραφία του ηλιακού συστήματος. Σύμφωνα με την πρόταση, το άτομο συγκροτείται από έναν πυρήνα με θετικό φορτίο, γύρω από τον οποίο περιφέρονται ηλεκτρόνια καθένα τους με αρνητικό φορτίο και με μάζα ελάχιστη συγκριτικά με εκείνη του πυρήνα. Η πρόταση προέκυψε από έναν ενδιαφέροντα συνδυασμό εμπειρίας και θεωρητικής σκέψης.

Το ΠΡΩΤΟΝΙΟ είναι ένα σημαντικό σωματίδιο του Σύμπαντος στην ανακάλυψη του οποίου οδήγησε η φαντασία και η επινοητικότητα των ευρωπαίων φυσικών, αν και ο πρωτεργάτης της ανακάλυψης ήταν ένας άνθρωπος γεννημένος στη Νέα Ζηλανδία

ΘΕΤΙΚΕΣ ΑΚΤΙΝΕΣ

Όπως συνέβη και με το ηλεκτρόνιο η άκρη του νήματος που οδήγησε στο πρωτόνιο βρίσκεται στη μελέτη της αγωγιμότητας σε σωλήνα υψηλού κενού. Το 1886 ο Γερμανός Eugen Goldstein χρησιμοποίησε μία διάτρητη κάθοδο μέσα στον καθοδικό σωλήνα και διαπίστωσε την ύπαρξη «ακτίνων» οι οποίες «φαίνονταν» να διαδίδονται μέσα από τις οπές της καθόδου σε αντίθετη

κατεύθυνση από εκείνη των καθοδικών ακτίνων. Στις ακτίνες αυτές έδωσε στο όνομα Kanalstrahlen το οποίο στην ελληνική γλώσσα αποδόθηκε ως Διαυλικές ακτίνες. Μερικά χρόνια αργότερα ο Γάλλος Perrin απέδειξε εργαστηριακά ότι κάθε τέτοια δέσμη αποτελείται από θετικά φορτισμένα σωματίδια. Μετά το 1906 ενδιαφέρθηκε για τις ακτίνες αυτές και ο J.J. Thomson. Τις ονόμασε Positive rays -στα ελληνικά Θετικές ακτίνες- και χρησιμοποιώντας μορφές «ανάκρισης» με ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία κατάφερε να καταγράψει και να συγκρίνει τις εκτροπές διαφορετικών θετικών «ιόντων». Η μέθοδος αυτή έμελλε να οδηγήσει στην ανακάλυψη των ισοτόπων.

Στο μεταξύ είχε ήδη πάρει σκυτάλη στα χέρια του ο βασικός ερευνητής του φαινομένου ραδιενέργεια Ernest Rutherford, ο μεγαλύτερος πειραματικός φυσικός της γενιάς του . Ανάμεσα στο 1906 και το1909 - σε συνεργασία με τον βοηθό του Hans Geiger- χρησιμοποιώντας την ίδια με τον J.J. Thomson «μέθοδο ανάκρισης με μαγνητικά πεδία» -ερεύνησε εντατικά τη φύση των σωματιδίων άλφα τα οποία εκπέμπονταν από κάθε ραδιενεργό παρασκεύασμα, για να καταλήξει στο συμπέρασμα ότι κάθε μεμονωμένο σωματίδιο άλφα είναι ένα άτομο Ηλίου χωρίς ηλεκτρόνια. Η ραδιενέργεια άλφα έδειχνε να είναι κάτι σαν τις θετικές ακτίνες, με την ιδιαιτερότητα ότι κάθε θετικά φορτισμένο σωματίδιο ήταν «ένα, χωρίς ηλεκτρόνια, άτομο του στοιχείου Ήλιο».

Έτος 1914. Το σωματίδιο PROTON

Το 1914 υπέθεσε ότι οι απλούστερες θετικές ακτίνες είναι οι προερχόμενες από αέριο Υδρογόνο και σ’ αυτή την περίπτωση κάθε κινούμενο σωματίδιο αυτών των ακτίνων θα έπρεπε να είναι ΤΟ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΕΣ, ΜΕ ΘΕΤΙΚΟ ΦΟΡΤΙΟ, ΣΩΜΑΤΙΔΙΟ ΤΗΣ ΥΛΗΣ,

στο οποίο έδωσε το όνομα proton. Και μέσα από μία λογική παρόμοια με εκείνη που είχε επικρατήσει για τα ηλεκτρόνια, γρήγορα κυριάρχησε η άποψη ότι όλα τα πρωτόνια του Σύμπαντος ήταν ίδια και βρίσκονταν μέσα στα άτομα της ύλης.

Για τα επόμενα δεκαοκτώ χρόνια η επικρατούσα άποψη ήταν ότι τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια ήταν τα μοναδικά σωματίδια που συγκροτούσαν την ύλη.

Στην ελληνική γλώσσα το proton του Rutherford αποδόθηκε με τη λέξη πρωτόνιο. Στη γαλλική γλώσσα είναι proton, στη γερμανική και στη σουηδική, γράφεται επίσης proton, στην ιταλική protone, στην ισπανική protón, στην πορτογαλική protão, στη ρωσική протон, στη δανική protoner, στη σερβική proton, στην αλβανική protonet.

Ο καλύτερος τρόπος για να πραγματοποιηθεί μια μεταστοιχείωση ήταν ο βομβαρδισμός του ατομικού πυρήνα. Και τα καταλληλότερα βλήματα ήταν τα ήδη δοκιμασμένα σωματίδια άλφα, «γυμνοί πυρήνες Ηλίου πολύ μεγάλης ενέργειας –της τάξης των 4 MeV- που προσφέρονταν γενναιόδωρα από ένα ραδιενεργό δείγμα.

Αυτό ήταν το μάθημα του πατριάρχη Ράδερφορντ. Μέσα από την τεράστια ερευνητική του πείρα συμπέραινε ότι καμιά χημική μέθοδος δεν μπορεί να επηρεάσει τον πυρήνα παρά μόνον η διείσδυση σωματιδίων στο εσωτερικό του. Αυτή θα μπορούσε να προκαλέσει κάποια αναστάτωση και μία ενδεχόμενη ανακατάταξη του πυρηνικού υλικού, με κατάληξη τη μετατροπή του πυρήνα σε πυρήνα άλλου στοιχείου.

Καταλληλότερα βλήματα για τον βομβαρδισμό ήταν τα δοκιμασμένα άλφα, σωματίδια μεγάλης ταχύτητας, με σχετικό βέβαια μειονέκτημα το θετικό ηλεκτρικό τους φορτίο το οποίο εμπόδιζε τη διείσδυση, δεδομένου ότι έπρεπε να διαθέτει ενέργεια τόση ώστε να αντιμετωπίσει τα τείχη που όρθωνε το επίσης θετικό φορτίο του πυρήνα, το –στη γλώσσα των φυσικών- λεγόμενο φράγμα δυναμικού. Την απαιτούμενη βέβαια ενέργεια την διέθεταν τα άλφα γι αυτό και επί είκοσι περίπου χρόνια οι πειραματιστές τα χρησιμοποιούσαν σε όλους σχεδόν τους σχετικούς βομβαρδισμούς. Με αυτά πραγματοποιήθηκε το 1911 το ιστορικό πείραμα του βομβαρδισμού του φύλλου χρυσού που οδήγησε στην πρόταση για το πυρηνικό μοντέλο του ατόμου. Με αυτά, το 1919, ο ίδιος ο πατριάρχης βομβάρδισε το πυρήνα άζωτο μετατρέποντάς το σε οξυγόνο, για να γίνει ο πρώτος άνθρωπος που μετέτρεψε ένα χημικό στοιχείο σε ένα άλλο στοιχείο, υλοποιώντας σε μια σύγχρονη έκδοση το όνειρο των αλχημιστών. Με προερχόμενα από ραδιενεργό πολώνιο βλήματα άλφα βομβάρδισε το 1928 ο Walther Bothe το Βηρύλλιο για να διαπιστώσει τη δημιουργία μιας πολύ διεισδυτικής δέσμης στην οποία δεν μπόρεσε να διακρίνει το νετρόνιο.

Με προερχόμενα από ένα εξαιρετικά ισχυρό παρασκεύασμα Πολωνίου βλήματα αλφα η Irène Joliot -Curie και ο Frederic Joliot επανέλαβαν το 1931 τους βομβαρδισμούς βηρυλλίου χωρίς να μπορέσουν να διακρίνουν το σωματίδιο νετρόνιο. Με τα ίδια βλήματα, το 1934 οι δύο Γάλλοι βομβάρδισαν το αλουμίνιο για να ανακαλύψουν έτσι το φαινόμενο τεχνητή ραδιενέργεια.

Στο μεταξύ το 1932, με τα ίδια προερχόμενα από πολώνιο βλήματα άλφα ο James Chadwick, πιστός μαθητής του πατριάρχη, βομβάρδισε το Βηρύλλιο και έκανε διαφορετική ανάγνωση από τους προηγούμενους ανακαλυψε το σωματίδιο νετρόνιο που άνοιξε την δρόμο για την καινούρια φάση της πυρηνικής φυσικής.

Επί 25 περίπου χρόνια το «ΑΛΦΑ μάθημα» του πατριάρχη της εργστηριακής έρευνας υπήρξε ξεκάθαρο και έδωσε εντυπωσιακά αποτελέσματα.