زندگینامه ارنست رادرفورد و کارهایی که برای ارتقای دانش کرد

ارنست رادرفورد به اتفاق فردریک سادی در سال ۱۹۰۲ شاخه‌ای جدید را در فیزیک به نام پرتوزایی بنیاد نهاد و در سال ۱۹۰۸ جایزه نوبل در شیمی را دریافت کرد. در سال ۱۹۱۱ نظریه هسته‌ای اتم را ارائه کرد. در سال ۱۹۱۴ به لقب سر ارنست رادرفورد مفتخر شد. در سال ۱۹۱۹ شتابگرهای پروتون (اتم شکاف‌ها) را ساخت.

پس از کشف پرتوزایی در سال ۱۸۹۶ توسط آنتوان آنری بکرل، تعدادی از دانشمندان اقدام به شناخت دقیق‌تر این پدیده کردند که البته ماری کوری نیز در بین آن‌ها بود. اگر چه فردی که بیش‌ترین تلاش را در ارائه شناخت کامل از پرتوزایی به دنیا ارائه کرد و به طور کلی دامنهٔ فیزیک هسته‌ای را به نحو چشم‌گیری گسترش داد، ارنست رادرفورد بود.

آزمایشگاه کاوندیش

این دانشمند نیوزیلندی تبار بورسیه‌ای تحصیلی برای آزمایشگاه کاوندیش در کمبریج در سال ۱۸۹۵ دریافت کرد که زیر نظر جی.جی. تامسون بزرگ فعالیت می‌کرد. تا در سال ۱۸۹۸ استاد دانشگاه مک گیل در مونترال شد. در آن‌جا مشاهدات خود را ادامه داد و نشان داد که عناصر پرتوزا دست کم دو نوع پرتو با ویژگی‌های متمایز دارد. وی این دو نوع پر تو را الفا و بتا نامید.

نظریه پرتوی گاما

وی در سال ۱۹۰۰ وجود نوع سوم پرتو با نام گاما را تایید کرد که از این جنبه متمایز بود که تحت تاثیر نیروی مغناطیس قرار نمی‌گیرد، در حالیکه پرتوهای آلفا و بتا هر دو تحت تاثیر چنین نیرویی در جهت‌های مختلف تغییر مسیر می‌دهند.

کشف نیمه عمر

در مونترال بود که رادرفورد شیمیدان انگلیسی به نام فردریک سادی را ملاقات کرد. بین سال‌های ۱۹۰۱ تا ۱۹۰۳، این دو دانشمند در زمینهٔ مجموعه‌ای از آزمایش‌ها مربوط به پرتوزایی همکاری کردند و به نتایج اولیه‌ای دست یافتند. آنان نشان دادند که چگونه در یک دوره زمانی نیمی از اتم‌های مواد رادیواکتیو از طریق «انتشار» گازهای پرتوزا تجزیه می‌شوند و ماده‌ای با «نیمه عمر» از خود باقی می‌گذارند. این تصور که اتم‌ها می‌توانند صرفاً از صورت یک عنصر واپاشند، بسیار برجسته بود. علاوه بر این، در طول فراوری یک عنصر خود به خود به عنصر دیگری تبدیل می‌شود که بافت‌های انقلابی به شمار آمد.

رادرفورد پس از این که همکاری‌اش با سادی به پایان رسید، به بررسی دقیق‌تر پرتوهای آلفا پرداخت. او بلافاصله از طریق نتایج تجربی اثبات کرد که این اتم‌های هلیم‌اند که دو الکترون از دست می‌دهند (بعدها نشان داده شد که پرتوهای بتا از الکترون تشکیل شده و پرتوهای گاما در واقع پرتوهای ایکس کوتاه موج هستند). در طول این دوره، وی به انگلستان مراجعت کرد تا سمتی را در دانشگاه منچستر بر عهده گیرد. در آن‌جا بود که با هانس ویلهلم گایگر همکاری کرد و شمارش‌گر گایگر در سال ۱۹۰۸ ساخته شد. این وسیله میزان تابش را اندازه می‌گیرد و در فعالیت‌های رادرفورد در مورد شناسایی اجزای سازندهٔ پرتو آلفا به کار می‌رود. حتی از این دستگاه در پیشرفت‌های بزرگ بعدی‌اش به طور چشم‌گیرتری بهره برد.

واجهش ذرات آلفا

در سال ۱۹۱۰ رادرفورد پیشنهاد کرد که گایگر و دستیار دیگرش باید آزمون نتایج تاباندن جریانی از ذرات آلفا در تکه‌ای از پوشش پلاتینیم را بر عهده گیرند. در حالی که اغلب این ذرات عبور می‌کنند و تنها بخش کوچکی از آن‌ها منحرف می‌شود، حدود یک از هشت هزار ذره عملاً به جایی که آمده بودند، واجهیدند! رادرفورد از این بابت حیرت کرد و بعدها آن را این‌گونه توصیف کرد: «باور نکردنی‌ترین اتفاق بود که در زندگی‌ام رخ داده است. این اتفاق مانند آن است که شما یک گلوله پانزده اینچی (5/۳۷ سانتی‌متری) را به یک تکه دستمال کاغذی شلیک کنید و آن گلوله باز گردد و به شما برخورد کند». او فریفتهٔ این ماجرا نشد و تحت تأثیر قرار نگرفت. در سال ۱۹۱۱ نتیجه‌گیری صحیح را ارائه کرد: علت میزان انحراف به خاطر اتم‌هایی است که دارای یک هسته کوچک‌اند و بخش عمده‌ای از وزن را دارا هستند در حالی‌که بقیه اتم عمدتاً فضای خالی است که در آن الکترون‌ها به دور هسته می‌چرخند، همان‌طور که سیارات خورشید را دور می‌زنند. علت این که یک در هشت هزار دره واجهیدند این بود که آن‌ها با هسته پر از بار مثبت یک اتم تصادم می‌کردند، در حالی‌که بقیه صرفاً از بخش خالی عبور می‌کنند. این موضوع کشف مهمی در مسیر شناخت ساختار اتم به شمار آمد و می‌توانست به مقدار زیادی به نیلس بور در یافته‌های مرتبطش در سال ۱۹۱۳ کمک کند.

دستاوردهای دیگر

رادرفورد در طول جنگ جهانی اول در نیروی دریایی بریتانیا خدمت کرد. پس از آن در سال ۱۹۱۹، به عنوان رئیس آزمایشگاه کاوندیش در کمبریج منصوب شد. در همان سال آخرین کشف مهمش را انجام داد. در همکاری با دانشمندان دیگر، روشی را یافت که به وسیله آن می‌توانست به طور مصنوعی یک اتم را از طریق برخورد با یک ذره آلفا تجربه کند (بشکند)… طبعاً، آن‌چه ما امروز به عنوان پروتون می‌شناسیم می‌تواند از طریق این تجربه از هسته بیرون آماده باشد. در روند فرآوری اتم‌های تشکیل دهنده ماده تغییر می‌کنند، بنابراین آن را از یک عنصر به عنصر دیگر تبدیل می‌کنند.

در وهله اول او نیتروژن را به اکسیژن) و هیدروژن) تبدیل کرد و تکرار این فرآیند را با عناصر دیگر ادامه داد.

این کشف که اتم‌ها می‌توانند به سادگی واپاشیده شوند بسیار برجسته بود.