نوترون را چه کسی کشف کرد؟
ارنست رادرفورد، فیزیکدان برجسته نیوزیلندی که افتخار کشف هسته اتم و پروتون را از آن خود کرده بود از حدود سال ۱۹۲۰ میلادی متوجه نکته مهمی در ارتباط با هسته اتم شده بود.
رادرفورد به این نکته مهم و عجیب پی برده بود که جرم اتمی اغلب عناصر مقداری بیش از دو برابر مجموع جرمهای پروتونهای اتمهای آنهاست. این نکته عجیب با توجه به ناچیز بودن جرم الکترونهای اتم عملا به این معنی بود که در هسته اتم باید یک ذره کشف نشده دیگر هم غیر از پروتونها وجود داشته باشد، ذره‌ای که به لحاظ مقدار جرم باید حتی از پروتون هم اندکی سنگین‌تر باشد. ضمنا با توجه به آنکه کل اتم از نظر الکتریکی خنثی است پس این ذره ناشناخته موجود در قلب اتم هم قاعدتا باید فاقد بار الکتریکی باشد. راز این ذره ناشناخته تقریبا به مدت ده سال تمام همچنان ناگشوده باقی ماند تا اینکه در اواخر سال ۱۹۳۰ میلادی اتفاق عجیبی افتاد.
در آن سال دوفیزیکدان آلمانی به نام‌های والتر بث و هربرت بگرهنگامی که مشغول بمباران عناصر مختلف با ذرات آلفابودند به طور اتفاقی متوجه شدند که در زیر بمباران آلفا، پرتوی بسیار نافذی از اتمهای عنصر بریلیم گسیل می‌شود؛ پرتویی که قدرت نفوذ آن از همه پرتوهایی که تا آن زمان شناخته شده بود بیشتر بود. این دو فیزیکدان در آن زمان تصور کردند که این پرتوی اسرار آمیزباید پرتوی گامای با انرژی فوق العاده بالا باشد. چند ماه بعد، خبر این آزمایش جالب به گوش دو فیزیکدان برجسته فرانسوی که در مؤسسه رادیم پاریس مشغول تحقیق بر پرتوهای هسته‌ای بودند رسید. اما حدس بزنید این دو فیزیکدان چه کسانی بودند؟ فردریک ژولیو وایرن کوری، داماد و دختر مادام کوری مشهور. آن‌ها آزمایش بث و بکر را مجددا تکرار کردند؛ اما این بار از پولونیوم به عنوان منبع ذرات آلفابرای بمباران بریلیوم استفاده کردند (پولونیوم برخلاف بعضی دیگر از عناصر رادیواکتیوهنگام گسیل ذرات آلفا هیچ گونه پرتوی گامایی از خود تابش نمی‌کند اما این آزمایش هم دقیقا مانند آزمایش قبلی وجود پرتوهای پرنفوذ اسرار آمیز را تأیید می‌کرد.
فردریک ژولیووایرن کوری برای آنکه نوع این پرتوهای ناشناخته را تعیین کنند مواد مختلفی را سرراه آن‌ها قرار دادند و به نتیجه شگفت‌انگیزی رسیدند. قدرت نفوذ پرتوهای راز‌انگیز گسیل شده از بریلیوم به حدی بود که به راحتی می‌توانست هسته‌های هیدروژن را از مواد سرشار از اتم هیدروژن (نظیر پارافین) بکند و به بیرون پرتاب کند. بدین ترتیب دیگر هیچ شکی باقی نمانده بود که این پرتوهای پرنفوذ نمی‌توانند پرتوهای گاما باشند. اما به راستی ماهیت این پرتوهای پرنفوذ چه بود؟
پاسخ این پرسش مهم را یک فیزیکدان انگلیسی به نام جیمز چادویک با آزمایشات متعددی که از بهار ۱۹۳۲ در دانشگاه کمبریج آغاز کرده بود پیدا کرد. آزمایشات چادویک نشان داد که این پرتوهای پرنفوذاز ذراتی بدون بار الکتریکی و باجرمی اندکی بیش از جرم پروتون تشکیل شده‌اند. بر اساس پژوهشهای چادویک این ذرات در واقع به واسطه برخورد ذرات آلفابا هسته اتمهای بریلیوم از درون هسته این اتمها کنده شده و به بیرون پرتاب می‌شدند. سنگین بودن و در عین حال فاقد بار الکتریکی بودن این ذرات سبب می‌شد به راحتی تا اعماق مواد مختلف نفوذ کنند. چادویک نام این ذرات تازه کشف شده را نوترون گذاشت که از واژه لاتین نوتر به معنای خنثی گرفته شده است.
پژوهشهای بیشتر چادویک نشان داد که نوترون‌ها نه تنها در هسته اتم بریلیوم بلکه تقریبا در تمامی هسته اتمهای جهان وجود دارند و بدین ترتیب مشخص شد که نوترون‌ها در واقع همان ذرات مرموزی هستند که رادرفورد از سالها قبل وجود آن‌ها را در هسته اتم حدس‌زده بود. با کشف نوترون عملا تصویر فیزیکدان‌ها از اتم و همین طور هسته آن تا حد زیادی کامل‌تر شد. چیزی نگذشت که نوترون با توجه به توانایی فوق العاده‌ای که در نفوذ به درون هسته‌های اتمی دارد به مهم‌ترین ذره در کاوش هسته اتمی و پژوهشهای فیزیک هسته‌ای تبدیل شد و تنها یک دهه بعدفرآیندشکافت هسته‌ای و آزاد شدن انرژی پتانسیل حیرت انگیزنهفته در قلب اتم را برای بشر میسر کرد.
