Abans del triple art, és a dir, sobre el descobriment de la radioactivitat artificial
Contingut
De tant en tant a la història de la física hi ha anys "meravellosos" en què els esforços conjunts de molts investigadors porten a una sèrie de descobriments innovadors. Així va ser el 1820, l'any de l'electricitat, el 1905, l'any miraculós dels quatre articles d'Einstein, el 1913, l'any associat a l'estudi de l'estructura de l'àtom, i finalment el 1932, quan una sèrie de descobriments i avenços tècnics en el creació de la física nuclear.
recent casats
Ирина, la filla gran de Marie Skłodowska-Curie i Pierre Curie, va néixer a París l'any 1897 (1). Fins als dotze anys es va criar a casa seva, en una petita “escola” creada per eminents científics per als seus fills, en la qual hi havia uns deu alumnes. Els professors eren: Marie Sklodowska-Curie (física), Paul Langevin (matemàtiques), Jean Perrin (química), i les humanitats les impartien principalment les mares dels alumnes. Les lliçons normalment es feien a casa dels professors, mentre que els nens estudiaven física i química en laboratoris reals.
Així, l'ensenyament de la física i la química era l'adquisició de coneixements mitjançant accions pràctiques. Cada experiment reeixit va fer les delícies dels joves investigadors. Eren experiments reals que s'havien d'entendre i dur a terme amb cura, i els nens del laboratori de Marie Curie havien d'estar en un ordre exemplar. També calia adquirir coneixements teòrics. El mètode, com el destí dels alumnes d'aquesta escola, després bons i destacats científics, va demostrar ser efectiu.
2. Frederic Joliot (foto de Harcourt)
A més, l'avi patern de la Irena, metge, va dedicar molt de temps a la néta òrfena del seu pare, divertint-se i complementant la seva formació en ciències naturals. El 1914, Irene es va graduar al pioner Collège Sévigné i va entrar a la facultat de matemàtiques i ciències de la Sorbona. Això va coincidir amb l'inici de la Primera Guerra Mundial. El 1916 es va unir a la seva mare i junts van organitzar un servei radiològic per a la Creu Roja Francesa. Després de la guerra, va rebre una llicenciatura. El 1921 es va publicar el seu primer treball científic. Es va dedicar a la determinació de la massa atòmica del clor a partir de diversos minerals. En les seves activitats posteriors, va treballar estretament amb la seva mare, tractant-se de la radioactivitat. En la seva tesi doctoral, defensada l'any 1925, va estudiar les partícules alfa emeses pel poloni.
Frederic Joliot nascut l'any 1900 a París (2). Des dels vuit anys va anar a l'escola de So, va viure en un internat. En aquella època, preferia els esports als estudis, sobretot el futbol. Després va anar per torns a dos instituts. Com Irene Curie, va perdre el seu pare aviat. El 1919 va aprovar l'examen a l'École de Physique et de Chemie Industrielle de la Ville de Paris (Escola de Física Industrial i Química Industrial de la Ciutat de París). Es va graduar el 1923. El seu professor, Paul Langevin, va conèixer les habilitats i virtuts de Frederick. Després de 15 mesos de servei militar, per ordre de Langevin, va ser nomenat ajudant personal de laboratori de Marie Skłodowska-Curie a l'Institut Radium amb una beca de la Fundació Rockefeller. Allà va conèixer Irene Curie, i el 1926 els joves es van casar.
Frederick va completar la seva tesi doctoral sobre l'electroquímica dels elements radioactius el 1930. Una mica abans, ja havia centrat els seus interessos en la recerca de la seva dona, i després de defensar la tesi doctoral de Frederic, ja van treballar junts. Un dels seus primers èxits importants va ser una preparació de poloni, que és una forta font de partícules alfa, és a dir. nuclis d'heli.(24Ell). Van partir d'una posició innegablement privilegiada, perquè va ser Marie Curie qui va subministrar a la seva filla una gran part de poloni. Lew Kowarsky, el seu posterior col·laborador, els va descriure de la següent manera: Irena era "una tècnica excel·lent", "va treballar molt bé i acuradament", "entenia profundament el que estava fent". El seu marit tenia "una imaginació més enlluernadora i més altíssima". "Es van complementar perfectament i ho sabien". Des del punt de vista de la història de la ciència, els més interessants per a ells van ser dos anys: 1932-34.
Gairebé van descobrir el neutró
"Gai" importa molt. Van saber d'aquesta trista veritat molt aviat. El 1930 a Berlín, dos alemanys - Walter Bothe i Hubert Becker - S'ha investigat com es comporten els àtoms lleugers quan són bombardejats amb partícules alfa. Escut de beril·li (49Be) quan es bombardeja amb partícules alfa emeten radiacions extremadament penetrants i d'alta energia. Segons els experimentadors, aquesta radiació devia ser una radiació electromagnètica forta.
En aquesta etapa, Irena i Frederick van tractar el problema. La seva font de partícules alfa va ser la més poderosa mai. Van utilitzar una cambra de núvols per observar els productes de reacció. A finals de gener de 1932, van anunciar públicament que eren els raigs gamma els que eliminaven els protons d'alta energia d'una substància que contenia hidrogen. Encara no entenien què tenia a les seves mans i què estava passant.. Després de llegir James Chadwick (3) a Cambridge es va posar immediatament a treballar, pensant que no es tractava de radiació gamma, sinó de neutrons predits per Rutherford amb diversos anys d'antelació. Després d'una sèrie d'experiments, es va convèncer de l'observació del neutró i va trobar que la seva massa és semblant a la del protó. El 17 de febrer de 1932 va enviar una nota a la revista Nature titulada "La possible existència del neutró".
En realitat era un neutró, tot i que Chadwick creia que un neutró estava format per un protó i un electró. Només l'any 1934 va comprendre i demostrar que el neutró és una partícula elemental. Chadwick va ser guardonat amb el Premi Nobel de Física l'any 1935. Malgrat que es van adonar que s'havien perdut un descobriment important, els Joliot-Curies van continuar la seva recerca en aquesta àrea. Es van adonar que aquesta reacció produïa raigs gamma a més de neutrons, així que van escriure la reacció nuclear:
, on Ef és l'energia del gamma-quàntic. Es van fer experiments similars amb 919F.
Va tornar a faltar l'obertura
Uns mesos abans del descobriment del positró, Joliot-Curie tenia fotografies, entre altres coses, d'una trajectòria corba, com si es tractés d'un electró, però girant en sentit contrari a l'electró. Les fotografies es van fer en una cambra de boira situada en un camp magnètic. A partir d'això, la parella va parlar que els electrons van en dues direccions, des de la font i cap a la font. De fet, els associats amb la direcció "cap a la font" eren positrons, o electrons positius que s'allunyaven de la font.
Mentrestant, als Estats Units a finals de l'estiu de 1932, Carl David Anderson (4), fill d'immigrants suecs, va estudiar els raigs còsmics en una cambra de núvols sota la influència d'un camp magnètic. Els raigs còsmics arriben a la Terra des de l'exterior. Anderson, per estar segur de la direcció i el moviment de les partícules, dins de la cambra va fer passar les partícules a través d'una placa metàl·lica, on van perdre part de l'energia. El 2 d'agost va veure un rastre, que sens dubte va interpretar com un electró positiu.
Val la pena assenyalar que Dirac havia predit prèviament l'existència teòrica d'aquesta partícula. Tanmateix, Anderson no va seguir cap principi teòric en els seus estudis sobre els raigs còsmics. En aquest context, va anomenar el seu descobriment accidental.
De nou, Joliot-Curie va haver de suportar una professió innegable, però va emprendre més investigacions en aquesta àrea. Van trobar que els fotons de raigs gamma poden desaparèixer a prop d'un nucli pesat, formant un parell electró-positró, aparentment d'acord amb la famosa fórmula d'Einstein E = mc2 i la llei de conservació de l'energia i el moment. Més tard, el mateix Frederick va demostrar que hi ha un procés de desaparició d'un parell electró-positró, donant lloc a dos quants gamma. A més dels positrons dels parells electró-positró, tenien positrons de reaccions nuclears.
5. Setena Conferència Solvay, 1933
Assegut a la primera fila: Irene Joliot-Curie (segona des de l'esquerra),
Maria Skłodowska-Curie (cinquena des de l'esquerra), Lise Meitner (segona des de la dreta).
radioactivitat artificial
El descobriment de la radioactivitat artificial no va ser un acte instantani. El febrer de 1933, bombardejant alumini, fluor i després sodi amb partícules alfa, Joliot va obtenir neutrons i isòtops desconeguts. El juliol de 1933, van anunciar que, en irradiar alumini amb partícules alfa, van observar no només neutrons, sinó també positrons. Segons Irene i Frederick, els positrons d'aquesta reacció nuclear no es podrien haver format com a resultat de la formació de parells electró-positró, sinó que havien de provenir del nucli atòmic.
La setena conferència de Solvay (5) va tenir lloc a Brussel·les els dies 22 i 29 d'octubre de 1933. Es va anomenar "L'estructura i les propietats dels nuclis atòmics". Hi van assistir 41 físics, entre ells els experts més destacats en aquest camp del món. Joliot va informar dels resultats dels seus experiments, afirmant que la irradiació de bor i alumini amb raigs alfa produeix un neutró amb un positró o un protó.. En aquesta conferència Lisa Meitner Va dir que en els mateixos experiments amb alumini i fluor, no va obtenir el mateix resultat. En interpretació, no compartia l'opinió de la parella de París sobre la naturalesa nuclear de l'origen dels positrons. Tanmateix, quan va tornar a treballar a Berlín, va tornar a dur a terme aquests experiments i el 18 de novembre, en una carta a Joliot-Curie, va admetre que ara, segons la seva opinió, els positrons sí que apareixen del nucli.
A més, aquesta conferència Francis Perrin, el seu company i bon amic de París, es va pronunciar sobre el tema dels positrons. A partir dels experiments se sabia que obtenien un espectre continu de positrons, semblant a l'espectre de les partícules beta en desintegració radioactiva natural. Anàlisi posterior de les energies dels positrons i dels neutrons Perrin va arribar a la conclusió que aquí s'han de distingir dues emissions: primer, l'emissió de neutrons, acompanyada de la formació d'un nucli inestable, i després l'emissió de positrons d'aquest nucli.
Després de la conferència, Joliot va aturar aquests experiments durant uns dos mesos. I després, el desembre de 1933, Perrin va publicar la seva opinió sobre el tema. Paral·lelament, també al desembre Enrico Fermi va proposar la teoria de la desintegració beta. Això va servir de base teòrica per a la interpretació de les experiències. A principis de 1934, la parella de la capital francesa va reprendre els seus experiments.
Precisament l'11 de gener, dijous a la tarda, Frédéric Joliot va agafar paper d'alumini i el va bombardejar amb partícules alfa durant 10 minuts. Per primera vegada, va utilitzar un comptador Geiger-Muller per a la detecció, i no la cambra de boira, com abans. Es va adonar amb sorpresa que mentre eliminava la font de partícules alfa de la làmina, el recompte de positrons no s'aturava, els comptadors els continuaven mostrant, només el seu nombre disminuïa exponencialment. Va determinar que la vida mitjana era de 3 minuts i 15 segons. A continuació, va reduir l'energia de les partícules alfa que cauen sobre la làmina col·locant un fre de plom al seu pas. I va obtenir menys positrons, però la vida mitjana no va canviar.
Després va sotmetre bor i magnesi als mateixos experiments, i va obtenir vides mitjanes en aquests experiments de 14 minuts i 2,5 minuts, respectivament. Posteriorment, aquests experiments es van dur a terme amb hidrogen, liti, carboni, beril·li, nitrogen, oxigen, fluor, sodi, calci, níquel i plata, però no va observar un fenomen similar al de l'alumini, el bor i el magnesi. El comptador Geiger-Muller no distingeix entre partícules amb càrrega positiva i negativa, de manera que Frédéric Joliot també va comprovar que realment tracta amb electrons positius. L'aspecte tècnic també va ser important en aquest experiment, és a dir, la presència d'una font forta de partícules alfa i l'ús d'un comptador de partícules carregades sensibles, com un comptador Geiger-Muller.
Com s'ha explicat anteriorment pel parell Joliot-Curie, els positrons i els neutrons s'alliberen simultàniament en la transformació nuclear observada. Ara, seguint els suggeriments de Francis Perrin i llegint les consideracions de Fermi, la parella va concloure que la primera reacció nuclear va produir un nucli inestable i un neutró, seguits de la desintegració beta més d'aquest nucli inestable. Així que podrien escriure les reaccions següents:
Els Joliots es van adonar que els isòtops radioactius resultants tenien una semivida massa curta per existir a la natura. Van anunciar els seus resultats el 15 de gener de 1934, en un article titulat "Un nou tipus de radioactivitat". A principis de febrer, van aconseguir identificar fòsfor i nitrogen a partir de les dues primeres reaccions de les petites quantitats recollides. Aviat hi va haver una profecia que es podrien produir més isòtops radioactius en les reaccions de bombardeig nuclear, també amb l'ajuda de protons, deutrons i neutrons. Al març, Enrico Fermi va apostar perquè reaccions d'aquest tipus aviat es portarien a terme amb neutrons. Aviat va guanyar ell mateix l'aposta.
Irena i Frederick van ser guardonats amb el Premi Nobel de Química l'any 1935 per "la síntesi de nous elements radioactius". Aquest descobriment va obrir el camí per a la producció d'isòtops radioactius artificialment, que han trobat moltes aplicacions importants i valuoses en la investigació bàsica, la medicina i la indústria.
Finalment, cal esmentar els físics dels EUA, Ernest Lawrence amb col·legues de Berkeley i investigadors de Pasadena, entre els quals hi havia un polonès que estava en pràctiques Andrzej Soltan. Es va observar el recompte de polsos per part dels comptadors, tot i que l'accelerador ja havia deixat de funcionar. No els agradava aquest recompte. No obstant això, no es van adonar que estaven davant d'un nou fenomen important i que simplement els faltava el descobriment de la radioactivitat artificial...
