Yadro fizikasi

Yadro fizikasi tarixi 1896-yilda^[1] fransuz fizigi Henri Becquerelning uran tuzlaridagi fosforessensiyani tadqiq qilishi vaqtida radioaktivlikning kashf qilishi bilan boshlandi ^[2]. Bir yildan so‘ng, ya'ni 1897-yilda Joseph John Thomson tomonidan elektronning kashf etilishi — atomning ichki tuzilishga ega ekanligidan dalolat berdi ^[3]. XX-asr boshida atomning ilk qabul qilingan modeli — Thomsonning "olxo‘rili keks" modeli bo‘lib, u atom musbat zaryadlangan shar, uning ichida manfiy zaryadga ega elektronlar suzib yuradi, degan farazga asoslangan edi.

Keyingi yillarda radioaktivlik, xususan, Sklodkowska nomi bilan mashhur polyak fizigi Marie Curie, uning turmush o‘rtog‘i Pierre Curie shuningdek, ingliz fizigi Ernest Rutherford tomonidan juda keng miqyosda o‘rganilib, ko‘plab tajribalar o‘tkazildi. Asrning birinchi yarmiga kelib, uch xil turdagi radioaktiv nurlanishlar ma'lum bo‘ldi: ${\displaystyle \alpha }$ -yemirilish, ${\displaystyle \beta }$ -yemirilish va ${\displaystyle \gamma }$ -nurlanish. 1911-yilda nemis fizigi Otto Han va 1914-yilda ingliz fizigi James Chadwick o‘tkazilgan tajribalar ${\displaystyle \beta }$ -yemirilish spektri diskret emas, balki uzluksiz ekanligini aniqladi. Ya'ni ${\displaystyle \beta }$ -yemirilishda ${\displaystyle \gamma }$ va ${\displaystyle \alpha }$ -parchalanishlarda kuzatilgan diskret energiya miqdori emas, balki doimiy energiya diapazoni kuzatildi. Bu o‘sha paytda yadro fizikasi uchun muammo edi, chunki bu parchalanishlarda energiya saqlanmaganligini ko‘rsatar edi.

1903-yilgi fizika bo‘yicha Nobel mukofoti birgalikda Becquerelga kashfiyoti uchun va Marie va Pierre Curielarga radioaktivlik bo‘yicha keyingi tadqiqotlari uchun berildi. Rutherford 1908-yilda "elementlarning parchalanishi va radioaktiv moddalar kimyosi bo‘yicha tadqiqotlari" uchun kimyo bo‘yicha Nobel mukofotiga sazovor bo‘ldi.

1905-yilda Albert Einstein massa-energiya ekvivalentligi g‘oyasini ishlab chiqdi. Becquerel va Marie Curie tomonidan radioaktivlik bo‘yicha ishlar bundan oldin bo‘lgan bo‘lsa-da, radioaktivlik energiyasining manbasini tushuntirish yadroning o‘zi yanada kichikroq tarkibiy qismlardan — nuklonlardan iborat ekanligi kashf etilishini kutib turaradi.

1906-yilda Ernest Rutherford "Radiydan ${\displaystyle \alpha }$ -zarraning moddadan o‘tishida kechikishi" asarini nashr qialdi.^[4] Ernest Rutherfordning assistenti, professor Johannes Hans Geiger^[5] va bakalavriat Marsden^[6] bilan birgalikda tajriba o‘tkazishadi: oltin folga ${\displaystyle \alpha }$ -zarralar bilan bombardimon qilinadi.^[7] 1911–1912 yillarda Rutherford London qirollik jamiyatida tajribalarni tushuntiradi va atom yadrosining yangi nazariyasini ilgari surdi.

1908-yilda maqola nashr etilgach^[8], Rutherford tomonidan 1911-yilning may oyida chop etilgan yakuniy klassik tahlil bilan asosiy hal qiluvchi tajriba 1909-yilda Manchester universitetida o‘tkazildi ^{[9] [10] [11] [12]}.

Ernest Ruterford o‘z jamoasiga uni hayratda qoldiradigan narsani izlashni buyurdi: bir nechta zarralar katta burchaklar orqali, hatto ba'zi hollarda butunlay orqaga tarqaladi. U buni qog‘oz varog‘iga o‘q uzilishiga o‘xshatdi. 1911-yilda Ruterford tomonidan ma'lumotlarni tahlil qilish natijasida kashfiyot atomning Rutherford modeliga olib keldi, bunda atom o‘z massasining katta qismini o‘z ichiga olgan juda kichik, juda zich yadroga va og‘ir manfiy zaryadlangan zarralar elektronlardan iborat edi. Misol tariqasida, ushbu modelda ${\displaystyle N^{14}}$ 14 ta proton va 7 ta elektron (jami 21 ta zarracha) bo‘lgan yadrodan iborat edi.

Taxminan 1920-yilda Arthur Eddington o'zining "Yulduzlarning ichki konstitutsiyasi" nomli maqolasida yulduzlardagi yadroviy sintez jarayonlarining kashfiyoti va mexanizmi haqida faraz yuritadi.^{[13] [14]} O‘sha paytda yulduz energiyasining manbai butunlay noma'lum edi; Eddington bu manba vodorodning geliyga aylanishi va Einsteinning ${\displaystyle E=mc^{2}}$ tenglamasiga ko‘ra juda katta energiya ajralib chiqishi haqida to‘g‘ri taxmin qildi. Bu, o‘sha paytda termoyadroviy energiya va hatto yulduzlar ham asosan vodoroddan tashkil topganligi haqidagi eng yaxshi gipotezalardan biri edi.

Rutherford modeli 1929-yilda Franko Rasetti tomonidan Kaliforniya Texnologiya Institutida yadro spinini o‘rganishga qadar juda yaxshi ishladi. 1925-yilga kelib protonlar va elektronlarning har birining spini ${\displaystyle \pm 1/2}$ ga teng ekanligi ma'lum edi. Azot-14 ning Rezerford modelida jami 21 ta yadro zarralaridan 20 tasi bir-birining spinini kompensatsiya qilishi uchun juftlashgan bo‘lishi va oxirgi toq zarracha yadroni ${\displaystyle +1/2}$ spin bilan xarakterlashi kerak edi. Rasetti, ammo azot-14 ning spini ${\displaystyle +1}$ ga teng ekanligini aniqladi.

1932-yilda Chadwick Walther Bothe, Herbert Becker, Irène va Frédéric Joliot-Curielar tomonidan o‘tkazilgan nurlanish kuzatuvlari proton bilan bir xil massaga ega neytral zarracha tufayli ekanligini tushunib qoladi va u yangi zarrani neytron deb ataydi (Ruterfordning taklifiga binoan) ^[15]. O‘sha yilda Dmitriy Ivanenko yadroda elektronlar mavjud emas, yadro faqat proton va neytronlardan iborat bo‘lib, ularnign spini ${\displaystyle +1/2}$ ga tengligini tushuntiradi. Shuning bilan, neytron spini azot-14 spini muammosini darhol hal qildi, chunki bu modeldagi bitta juftlashmagan proton va bitta juftlashmagan neytron bir xil yo‘nalishda ${\displaystyle 1/2}$ spinni qo‘shilib, to‘la yadro spinni ${\displaystyle 1}$ ga teng bo‘ladi.