Ernestas Rutherfordas – branduolinės fizikos pradininkas, Nobelio laureatas

Ernestas Rutherfordas – branduolinės fizikos pradininkas ir Nobelio laureatas: atomo branduolio, alfa/beta/gama spinduliuotės atradimai, svarbūs eksperimentai ir biografija.

Ernestas Rutherfordas, 1-asis baronas Rutherfordas iš Nelsono, OM, PC, FRS (1871 m. rugpjūčio 30 d. - 1937 m. spalio 19 d.) - Naujojoje Zelandijoje gimęs britų mokslininkas, 1908 m. gavęs Nobeliochemijospremiją už branduolinės fizikos darbus ir atomo sandaros teoriją.

Rutherfordas buvo vienas iš pirmųjų branduolinės fizikos tyrėjų po to, kai 1896 m. prancūzų fizikas Henris Bekerelis (Henri Becquerel) atrado radiaciją. Rutherfordas atrado radioaktyviosios spinduliuotės pusėjimo trukmę ir tris spinduliuotės dalis, kurias pavadino alfa, beta ir gama. Jis taip pat atrado, kad alfa dalelės yra helio branduoliai. Rutherfordo Geigerio-Marsdeno eksperimentas padėjo nustatyti tai, ką šiandien žinome apie atomo sandarą, kai atomas yra branduolys, o aplink jį skrieja elektronai.

1919 m. Rutherfordas atliko pirmąją pasaulyje dirbtinę branduolinę reakciją, kai į azoto dujas įterpė alfa daleles ir sukūrė deguonies izotopų daleles bei protonus. Tai buvo branduolinė transmutacija - azoto dujos virto deguonies dujomis.

Rutherfordas vadovavo Kavendišo laboratorijai Kembridže. Jis įrodė, kad branduolys egzistuoja ir kad jis sudarytas iš protonų ir neutronų. 1932 m. Džeimsas Čadvikas Kavendišo laboratorijoje atliko eksperimentą, kuris parodė, kad Ruterfordas buvo teisus.

Rutherfordo vardu pavadinta mokykla Oklande, Naujojoje Zelandijoje.

Ankstyvasis gyvenimas ir karjeros kelias

Ernestas Rutherfordas gimė mažame Brightwater kaimelyje netoli Nelsono. Jaunystėje mokėsi Nelson College ir vėliau studijavo fizikos bei matematikos disciplinas Canterbury koledže (dab. Naujosios Zelandijos universitetas), kur išsiskyrė aukštais pažymiais. Gavęs stipendijas ir rekomendacijas, jis tęsė mokslinius darbus užsienyje ir dirbo keliuose svarbiuose tyrimų centruose: McGill universitete Monrealyje (Kanada), Mančesteryje ir vėliau kaip Kavendišo laboratorijos Kembridže direktoriumi (nuo 1919 m.). Jau ankstyvoje karjeroje Rutherfordas išsiskyrė kaip kruopštus eksperimentatorius ir įkvėpiantis mokslo vadovas, ugdęs jaunas talentų kartas.

Svarbiausi atradimai ir metodai

• Radioaktyviosios spinduliuotės klasifikavimas: Rutherfordas skyrė ir pavadino alfa, beta ir gama spinduliuotę, tyrė jų savybes ir sąveikas su medžiaga.
• Pusėjimo trukmės (half‑life): jis apibrėžė ir išmatuodamas parodė, kad radioaktyvūs elementai skyla pagal dėsningą statistiką, turi charakteringą laiką, per kurį jų aktyvumas sumažėja per pusę.
• Alfa dalelės ir helis: Rutherfordas ir jo bendraautoriai įrodė, kad alfa dalelės iš tikrųjų yra helio branduoliai.
• Atomo branduolio idėja: Geigerio ir Marsdeno atliktas aukso folijos (Geiger–Marsden) eksperimentas parodė, kad didžioji dalis atomo tūrio yra tuščia, o teigiama kraujo medžiaga telkiasi mažame, tankiame branduolyje. Tai pakeitė prieš tai dominuojančią Thomsono "plombyto pyrago" sampratą.
• Pirmoji dirbtinė branduolinė reakcija: 1919 m. Rutherfordas bombardavo azotą alfa dalelėmis ir gaudavo deguonį bei protonus — tai buvo pirmoji stebėta atomo transmutacija laboratorijoje.
• Protono idėja ir neutrono numatymas: Rutherfordas rodė, kad daugumos branduolių sudėtyje yra vandenilio branduolys (vėliau pavadintas protonu), ir svarstė apie neutralių branduolio dalelių egzistavimą, ką 1932 m. patvirtino Džeimsas Čadvikas.

Vadovavimas, mokiniai ir institucinis indėlis

Rutherfordo vadovavimo stilius akcentavo eksperimentinį darbą, aiškią hipotezių kėlimo procedūrą ir kruopščių matavimų svarbą. Jo vadovaujamos laboratorijos tapo pasaulinio garso tyrimų centrais — daug iškilių mokslininkų (tarp jų Hans Geiger, Ernest Marsden, Džeimsas Čadvikas, Niels Bohr ir kiti) formavosi bei dirbo prie būsimų atradimų. Rutherfordas taip pat prisidėjo prie Geigerio skaitiklio ir kitų radiacijos detektavimo priemonių tobulinimo, kurie tapo svarbūs modernios radioaktyvumo fizikos vystymuisi.

Paskutiniai metai, apdovanojimai ir palikimas

Rutherfordas yra vadinamas branduolinės fizikos tėvu — jo idėjos apie atomą ir branduolį sudarė pagrindą tolesniems branduolinės ir kvantinės fizikos proveržiams. Už savo tyrimus jis 1908 m. gavo Nobelio premiją chemijoje už "elementų disintegracijos tyrimus ir radioaktyviųjų medžiagų chemiją". 1931 m. buvo pakeltas į baronų kilmę (Baron Rutherford of Nelson). Jis mirė 1937 m., tačiau jo moksliniai principai, eksperimentiniai metodai ir daugybė išugdytų mokslininkų tęsė jo įtaką ilgus dešimtmečius.

Rutherfordo vardas įamžintas ne tik mokslo istorijoje — paminėtina, kad Rutherfordo vardu pavadinta mokykla Oklande, o jo darbai tebėra privalomi fizikos istorijos ir branduolinių mokslų kursų medžiagoje. Jo požiūris į eksperimentą ir įsitikinimas, kad geras eksperimentas neturėtų remtis statistikos kaip pasiteisinimu, tebėra cituojami kaip mokslinio darbo etalonas.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas buvo Ernestas Rutherfordas?

K: Kada jis gimė?

K: Už ką jis laimėjo Nobelio chemijos premiją?

K: Kokį titulą jis gavo?

K: Iš kur jis buvo kilęs?

K: Kada jis mirė?

Paieška pagal raidę