Para artit të trefishtë, domethënë për zbulimin e radioaktivitetit artificial
Herë pas here në historinë e fizikës ka vite "të mrekullueshme" kur përpjekjet e përbashkëta të shumë studiuesve çojnë në një sërë zbulimesh të reja. Kështu ndodhi me 1820, viti i energjisë elektrike, 1905, viti i mrekullueshëm i katër letrave të Ajnshtajnit, 1913, viti i lidhur me studimin e strukturës së atomit, dhe më në fund 1932, kur një sërë zbulimesh dhe përparimesh teknike në krijimi i fizikës bërthamore.
porsamartuar
Ирина, vajza e madhe e Marie Skłodowska-Curie dhe Pierre Curie, lindi në Paris në 1897 (1). Deri në moshën dymbëdhjetë vjeç, ajo u rrit në shtëpi, në një "shkollë" të vogël të krijuar nga shkencëtarë të shquar për fëmijët e saj, në të cilën kishte rreth dhjetë studentë. Mësuesit ishin: Marie Sklodowska-Curie (fizikë), Paul Langevin (matematikë), Jean Perrin (kimia), kurse shkencat humane mësoheshin kryesisht nga nënat e nxënësve. Mësimet zakonisht zhvilloheshin në shtëpitë e mësuesve, ndërsa fëmijët studionin fizikë dhe kimi në laboratorë të vërtetë.
Pra, mësimi i fizikës dhe kimisë ishte përvetësimi i njohurive nëpërmjet veprimeve praktike. Çdo eksperiment i suksesshëm kënaqi studiuesit e rinj. Këto ishin eksperimente të vërteta që duheshin kuptuar dhe kryer me kujdes, dhe fëmijët në laboratorin e Marie Curie duhej të ishin në rregull shembullor. Duhej marrë edhe njohuri teorike. Metoda, si fati i nxënësve të kësaj shkolle, më vonë shkencëtarë të mirë dhe të shquar, doli të ishte efektive.
2. Frederic Joliot (foto nga Harcourt)
Për më tepër, gjyshi i Irenës nga babai, mjek, i kushtoi shumë kohë mbesës jetime të babait të tij, duke u argëtuar dhe duke plotësuar edukimin e saj të shkencave natyrore. Në vitin 1914, Irene u diplomua në Kolegjin pionier Sévigné dhe hyri në fakultetin e matematikës dhe shkencës në Sorbonë. Kjo përkoi me fillimin e Luftës së Parë Botërore. Në vitin 1916 ajo u bashkua me nënën e saj dhe së bashku organizuan një shërbim radiologjik në Kryqin e Kuq Francez. Pas luftës, ajo mori një diplomë bachelor. Në vitin 1921 u botua vepra e saj e parë shkencore. Ai ishte i përkushtuar ndaj përcaktimit të masës atomike të klorit nga minerale të ndryshme. Në aktivitetet e saj të mëtejshme, ajo ka bashkëpunuar ngushtë me nënën e saj, duke u marrë me radioaktivitetin. Në disertacionin e saj të doktoraturës, të mbrojtur në vitin 1925, ajo studioi grimcat alfa të emetuara nga polonium.
Frederic Joliot i lindur më 1900 në Paris (2). Që në moshën tetë vjeçare ndoqi shkollën në So, jetoi në një shkollë me konvikt. Në atë kohë ai preferonte sportin para studimeve, veçanërisht futbollin. Më pas ai ndoqi me radhë dy shkolla të mesme. Ashtu si Irene Curie, ai humbi babanë e tij herët. Në vitin 1919 ai kaloi provimin në Ecole de Physique et de Chemie Industrielle de la Ville de Paris (Shkolla e Fizikës Industriale dhe Kimisë Industriale e qytetit të Parisit). U diplomua në vitin 1923. Profesori i tij, Paul Langevin, mësoi për aftësitë dhe virtytet e Frederikut. Pas 15 muajsh shërbimi ushtarak, me urdhër të Langevin, ai u emërua asistent personal laboratori i Marie Skłodowska-Curie në Institutin Radium me një grant nga Fondacioni Rockefeller. Aty u takua me Irene Curie dhe në vitin 1926 të rinjtë u martuan.
Frederiku përfundoi disertacionin e doktoraturës mbi elektrokiminë e elementeve radioaktive në vitin 1930. Pak më herët, ai kishte përqendruar tashmë interesat e tij në kërkimin e gruas së tij dhe pasi mbrojti disertacionin e doktoraturës së Frederikut, ata tashmë punonin së bashku. Një nga sukseset e tyre të para të rëndësishme ishte përgatitja e poloniumit, i cili është një burim i fortë i grimcave alfa, d.m.th. bërthamat e heliumit.(24Ai). Ata filluan nga një pozicion i privilegjuar pa dyshim, sepse ishte Marie Curie ajo që furnizoi vajzën e saj me një pjesë të madhe të poloniumit. Lew Kowarsky, bashkëpunëtori i tyre i mëvonshëm, i përshkroi ata si më poshtë: Irena ishte "një teknike e shkëlqyer", "ajo punonte shumë bukur dhe me kujdes", "ajo e kuptonte thellësisht atë që po bënte". Burri i saj kishte "një imagjinatë më verbuese, më të madhe". “Ata plotësonin njëri-tjetrin në mënyrë perfekte dhe e dinin këtë”. Nga pikëpamja e historisë së shkencës, më interesantet për ta ishin dy vjet: 1932-34.
Ata pothuajse zbuluan neutronin
"Pothuajse" ka shumë rëndësi. Ata mësuan për këtë të vërtetë të trishtë shumë shpejt. Në vitin 1930 në Berlin, dy gjermanë - Walter Bothe i Hubert Becker - Hulumtoi se si sillen atomet e lehta kur bombardohen me grimca alfa. Mburoja e Beriliumit (49Be) kur bombardohet me grimca alfa emetohet rrezatim jashtëzakonisht depërtues dhe me energji të lartë. Sipas eksperimentuesve, ky rrezatim duhet të ketë qenë rrezatim i fortë elektromagnetik.
Në këtë fazë, Irena dhe Frederiku u morën me problemin. Burimi i tyre i grimcave alfa ishte më i fuqishmi ndonjëherë. Ata përdorën një dhomë reje për të vëzhguar produktet e reagimit. Në fund të janarit 1932, ata njoftuan publikisht se ishin rrezet gama që rrëzuan protonet me energji të lartë nga një substancë që përmban hidrogjen. Ata nuk e kuptonin ende se çfarë kishin në dorë dhe çfarë po ndodhte.. Pas leximit James Chadwick (3) në Kembrixh ai filloi menjëherë punën, duke menduar se nuk ishte fare rrezatim gama, por neutrone të parashikuara nga Rutherford disa vjet më parë. Pas një sërë eksperimentesh, ai u bind për vëzhgimin e neutronit dhe zbuloi se masa e tij është e ngjashme me atë të protonit. Më 17 shkurt 1932, ai dërgoi një shënim në revistën Nature me titull "Ekzistenca e mundshme e neutronit".
Ishte në fakt një neutron, megjithëse Chadwick besonte se një neutron ishte i përbërë nga një proton dhe një elektron. Vetëm në vitin 1934 ai kuptoi dhe vërtetoi se neutroni është një grimcë elementare. Chadwick u nderua me Çmimin Nobel në Fizikë në 1935. Pavarësisht se e kuptuan se kishin humbur një zbulim të rëndësishëm, Joliot-Curies vazhduan kërkimet e tyre në këtë fushë. Ata kuptuan se ky reaksion prodhoi rreze gama përveç neutroneve, kështu që ata shkruan reaksionin bërthamor:
, ku Ef është energjia e gama-kuantit. Eksperimente të ngjashme u kryen me 919F.
Mungoi hapja përsëri
Disa muaj para zbulimit të pozitronit, Joliot-Curie kishte fotografi të, ndër të tjera, të një rruge të lakuar, sikur të ishte një elektron, por që përdredhte në drejtim të kundërt të elektronit. Fotografitë janë bërë në një dhomë mjegull të vendosur në një fushë magnetike. Nisur nga kjo, çifti foli për elektronet që shkojnë në dy drejtime, nga burimi dhe tek burimi. Në fakt, ato që lidhen me drejtimin "drejt burimit" ishin pozitronet, ose elektronet pozitive që largoheshin nga burimi.
Ndërkohë, në Shtetet e Bashkuara të Amerikës në fund të verës së vitit 1932, Carl David Anderson (4), djali i emigrantëve suedezë, studioi rrezet kozmike në një dhomë re nën ndikimin e një fushe magnetike. Rrezet kozmike vijnë në Tokë nga jashtë. Anderson, për t'u siguruar për drejtimin dhe lëvizjen e grimcave, brenda dhomës i kaloi grimcat përmes një pllake metalike, ku humbën një pjesë të energjisë. Më 2 gusht, ai pa një gjurmë, të cilën pa dyshim e interpretoi si një elektron pozitiv.
Vlen të përmendet se Diraku kishte parashikuar më parë ekzistencën teorike të një grimce të tillë. Sidoqoftë, Anderson nuk ndoqi asnjë parim teorik në studimet e tij mbi rrezet kozmike. Në këtë kontekst ai e quajti të rastësishëm zbulimin e tij.
Përsëri, Joliot-Curie duhej të përballonte një profesion të pamohueshëm, por ndërmori kërkime të mëtejshme në këtë fushë. Ata zbuluan se fotonet e rrezeve gama mund të zhduken pranë një bërthame të rëndë, duke formuar një çift elektron-pozitron, me sa duket në përputhje me formulën e famshme të Ajnshtajnit E = mc2 dhe ligjin e ruajtjes së energjisë dhe momentit. Më vonë, vetë Frederiku vërtetoi se ekziston një proces i zhdukjes së një çifti elektron-pozitron, duke krijuar dy kuanta gama. Përveç pozitroneve nga çiftet elektron-pozitron, ata kishin positrone nga reaksionet bërthamore.
5. Konferenca e Shtatë Solvay, 1933
Ulur në rreshtin e parë: Irene Joliot-Curie (e dyta nga e majta),
Maria Skłodowska-Curie (e pesta nga e majta), Lise Meitner (e dyta nga e djathta).
radioaktiviteti artificial
Zbulimi i radioaktivitetit artificial nuk ishte një akt i menjëhershëm. Në shkurt 1933, duke bombarduar aluminin, fluorin dhe më pas natriumin me grimca alfa, Joliot mori neutrone dhe izotope të panjohur. Në korrik 1933, ata njoftuan se, duke rrezatuar aluminin me grimca alfa, ata vëzhguan jo vetëm neutronet, por edhe pozitronet. Sipas Irene dhe Frederick, pozitronet në këtë reaksion bërthamor nuk mund të ishin formuar si rezultat i formimit të çifteve elektron-pozitron, por duhej të vinin nga bërthama atomike.
Konferenca e Shtatë Solvay (5) u zhvillua në Bruksel më 22-29 tetor 1933. Ajo u quajt "Struktura dhe vetitë e bërthamave atomike". Në të morën pjesë 41 fizikanë, duke përfshirë ekspertët më të shquar të kësaj fushe në botë. Joliot raportoi rezultatet e eksperimenteve të tyre, duke deklaruar se rrezatimi i borit dhe aluminit me rreze alfa prodhon ose një neutron me një pozitron ose një proton.. Në këtë konferencë Lisa Meitner Ajo tha se në të njëjtat eksperimente me alumin dhe fluor, nuk ka marrë të njëjtin rezultat. Në interpretim, ajo nuk ndau mendimin e çiftit nga Parisi për natyrën bërthamore të origjinës së pozitroneve. Megjithatë, kur u kthye në punë në Berlin, ajo përsëri kreu këto eksperimente dhe më 18 nëntor, në një letër drejtuar Joliot-Curie, ajo pranoi se tani, sipas saj, pozitronet me të vërtetë shfaqen nga bërthama.
Përveç kësaj, kjo konferencë Francis Perrin, bashkëmoshatari i tyre dhe miku i mirë nga Parisi, foli për temën e pozitroneve. Nga eksperimentet dihej se ata morën një spektër të vazhdueshëm pozitronesh, të ngjashëm me spektrin e grimcave beta në zbërthimin radioaktiv natyror. Analiza e mëtejshme e energjive të pozitroneve dhe neutroneve Perrin arriti në përfundimin se këtu duheshin dalluar dy emetime: së pari, emetimi i neutroneve, i shoqëruar nga formimi i një bërthame të paqëndrueshme, dhe më pas emetimi i pozitroneve nga kjo bërthamë.
Pas konferencës, Joliot i ndërpreu këto eksperimente për rreth dy muaj. Dhe më pas, në dhjetor 1933, Perrin publikoi mendimin e tij për këtë çështje. Në të njëjtën kohë, edhe në dhjetor Enrico Fermi propozoi teorinë e zbërthimit beta. Kjo shërbeu si bazë teorike për interpretimin e përvojave. Në fillim të vitit 1934, çifti nga kryeqyteti francez rifilloi eksperimentet e tyre.
Pikërisht më 11 janar, pasdite të së enjtes, Frédéric Joliot mori letër alumini dhe e bombardoi me grimca alfa për 10 minuta. Për herë të parë, ai përdori një numërues Geiger-Muller për zbulim, dhe jo dhomën e mjegullës, si më parë. Ai vuri re me habi se teksa hoqi burimin e grimcave alfa nga petë, numërimi i pozitroneve nuk u ndal, numëruesit vazhduan t'i tregonin, vetëm se numri i tyre u ul në mënyrë eksponenciale. Ai përcaktoi gjysmën e jetës të jetë 3 minuta e 15 sekonda. Pastaj ai zvogëloi energjinë e grimcave alfa që bien në fletë metalike duke vendosur një frenë plumbi në rrugën e tyre. Dhe mori më pak pozitrone, por gjysma e jetës nuk ndryshoi.
Më pas ai i nënshtroi bor dhe magnez në të njëjtat eksperimente dhe fitoi gjysmë jetë në këto eksperimente përkatësisht 14 minuta dhe 2,5 minuta. Më pas, eksperimente të tilla u kryen me hidrogjen, litium, karbon, berilium, azot, oksigjen, fluor, natrium, kalcium, nikel dhe argjend - por ai nuk vuri re një fenomen të ngjashëm si për aluminin, borin dhe magnezin. Numëruesi Geiger-Muller nuk bën dallimin midis grimcave të ngarkuara pozitive dhe negative, kështu që Frédéric Joliot gjithashtu verifikoi se në të vërtetë ka të bëjë me elektrone pozitive. Aspekti teknik ishte gjithashtu i rëndësishëm në këtë eksperiment, d.m.th., prania e një burimi të fortë të grimcave alfa dhe përdorimi i një numëruesi të ndjeshëm të grimcave të ngarkuara, siç është një numërues Geiger-Muller.
Siç u shpjegua më parë nga çifti Joliot-Curie, pozitronet dhe neutronet lëshohen njëkohësisht në transformimin bërthamor të vëzhguar. Tani, duke ndjekur sugjerimet e Francis Perrin dhe duke lexuar konsideratat e Fermit, çifti arriti në përfundimin se reaksioni i parë bërthamor prodhoi një bërthamë të paqëndrueshme dhe një neutron, e ndjekur nga beta plus zbërthimi i asaj bërthame të paqëndrueshme. Kështu ata mund të shkruajnë reagimet e mëposhtme:
Joliots vunë re se izotopet radioaktive që rezultuan kishin gjysmë jetë shumë të shkurtër për të ekzistuar në natyrë. Ata shpallën rezultatet e tyre më 15 janar 1934, në një artikull të titulluar "Një lloj i ri i radioaktivitetit". Në fillim të shkurtit, ata arritën të identifikonin fosforin dhe azotin nga dy reagimet e para nga sasitë e vogla të mbledhura. Së shpejti u shfaq një profeci se më shumë izotope radioaktive mund të prodhoheshin në reaksionet e bombardimeve bërthamore, gjithashtu me ndihmën e protoneve, deuteroneve dhe neutroneve. Në mars, Enrico Fermi bëri një bast që reagime të tilla së shpejti do të kryheshin duke përdorur neutrone. Ai shpejt e fitoi vetë bastin.
Irena dhe Frederick u nderuan me Çmimin Nobel në Kimi në 1935 për "sintezën e elementeve të reja radioaktive". Ky zbulim hapi rrugën për prodhimin e izotopeve artificialisht radioaktive, të cilat kanë gjetur shumë aplikime të rëndësishme dhe të vlefshme në kërkimin bazë, mjekësi dhe industri.
Së fundi, vlen të përmenden fizikanët nga SHBA, Ernest Lawrence me kolegë nga Berkeley dhe studiues nga Pasadena, mes të cilëve ishte një polak që ishte në një stazh Andrzej Soltan. Është vërejtur numërimi i pulseve nga numëruesit, megjithëse përshpejtuesi tashmë kishte pushuar së punuari. Ata nuk e pëlqeu këtë numërim. Megjithatë, ata nuk e kuptuan se kishin të bënin me një fenomen të ri të rëndësishëm dhe se thjesht u mungonte zbulimi i radioaktivitetit artificial…
