30 августа 1871 года родился Эрнест Резерфорд — физик, открывший атомное ядро и проведший первую в истории ядерную реакцию. Нобелевскую премию он при этом получил по химии — и до конца жизни шутил над этим превращением.

На рубеже веков физика вплотную подошла к тайне строения вещества. Источник: Alamy

Атом две с лишним тысячи лет считался неделимым — само слово переводится именно так. Человек, разобравший его на части, вырос на новозеландской ферме, копал картошку и чинил сельский инвентарь. Потом он уехал за океан с одной стипендией — и переписал физику.

Кто такой Эрнест Резерфорд

Четвертый из двенадцати детей фермера, Резерфорд пробивался в науку стипендиями (в верхнем ряду второй слева). Источник: Tyree

Эрнест Резерфорд родился 30 августа 1871 года недалеко от Нельсона в Новой Зеландии, четвертым из двенадцати детей фермера. Семья жила небогато, и наука началась со стипендий: сначала местный колледж, затем университетская стипендия, а в 1895 году — грант на поездку в Англию.

По семейной легенде, новость о гранте застала его на картофельном поле. Резерфорд бросил лопату со словами: «Это последняя картошка, которую я выкопал».

В Кембридже он попал в Кавендишскую лабораторию к Джозефу Томсону — будущему первооткрывателю электрона. Дальше карьера пошла через три страны: профессорство в канадском Монреале, затем Манчестер, а с 1919 года — руководство самой Кавендишской лабораторией, главным физическим центром мира той эпохи.

Как Резерфорд изучал радиоактивность

След излучения на фотопластинке поставил перед физиками новую загадку. Источник: Wikimedia

Радиоактивность в конце 1890-х была свежей загадкой: явление открыли Беккерель и супруги Кюри, а что именно излучают вещества — не знал никто.

Резерфорд навел в этом хаосе порядок. Он разделил излучение на альфа- и бета-лучи, позже доказав, что альфа-частицы — это ядра гелия. Вместе с химиком Фредериком Содди он установил вещь по тем временам скандальную: радиоактивность — это самопроизвольное превращение одних элементов в другие. Коллеги посмеивались над «новой алхимией», однако опыты стояли насмерть. Тогда же появилось понятие периода полураспада — часов, по которым сегодня датируют горные породы и археологические находки.

Резерфорд разделил загадочное излучение на альфа- и бета-лучи. Источник: un-sci.com

За эти работы в 1908 году Резерфорд получил Нобелевскую премию — по химии. Физик, считавший все науки, кроме физики, «коллекционированием марок», оценил иронию: он шутил, что мгновенное превращение из физика в химика стало самым удивительным из всех превращений, которые он наблюдал.

Опыт Резерфорда с золотой фольгой: как ученые обнаружили атомное ядро

Большинство частиц пролетало насквозь, но редкие отскакивали назад. Источник: un-sci.com

Главный опыт его жизни выглядел обманчиво просто. В 1909 году в Манчестере Ханс Гейгер и Эрнст Марсден по заданию Резерфорда обстреливали альфа-частицами тончайшую золотую фольгу и считали, куда частицы отклоняются.

По господствовавшей тогда модели Томсона атом был «пудингом» — размазанным облаком положительного заряда с изюминами-электронами. Сквозь такой пудинг альфа-частицы обязаны пролетать почти не отклоняясь. Большинство так и делало. Но примерно одна из восьми тысяч отскакивала назад.

Резерфорд позже описал свое изумление знаменитым сравнением: это было так же невероятно, как если бы пятнадцатидюймовый снаряд, выпущенный в папиросную бумагу, отлетел обратно и попал в стрелявшего.

Модель атома Резерфорда

Планетарная модель атома Резерфорда. Почти вся масса атома сжата в ядро, остальное — пустота. Источник: Unsplash

Объяснение нашлось одно. Почти вся масса и весь положительный заряд атома сжаты в крошечное ядро — в десятки тысяч раз меньше самого атома. Вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца, обращаются электроны, а между ними — пустота.

Так в 1911 году родилась планетарная модель атома. У нее были проблемы — по классической физике электроны обязаны упасть на ядро, — и решил их ученик Резерфорда Нильс Бор, скрестив модель с квантовыми идеями. Атом, каким его рисуют до сих пор, придуман в манчестерской лаборатории.

Что еще открыл Эрнест Резерфорд

Резерфорд, отец ядерной физики. После ядра Резерфорд открыл протон и предсказал нейтрон. Источник: Соцсети

Ядро могло бы остаться вершиной любой карьеры, только Резерфорд на нем не остановился. После 1911 года он успел еще трижды изменить науку — двумя открытиями и одной школой.

Первая ядерная реакция

В 1919 году Резерфорд впервые в истории искусственно превратил один элемент в другой: обстреливая азот альфа-частицами, получил кислород и выбитые ядра водорода. Заодно стало ясно, что ядро водорода — универсальный кирпичик всех ядер; Резерфорд назвал его протоном.

Предсказание нейтрона

В 1920 году он предположил, что в ядре есть и нейтральная частица. Искали ее двенадцать лет — нашел в 1932-м Джеймс Чедвик, ученик Резерфорда, в его же лаборатории.

Школа гениев

Возможно, главное открытие Резерфорда — люди. Из его учеников выросла дюжина нобелевских лауреатов: Бор, Чедвик, Хан, Кокрофт и другие. Работал у него и Петр Капица, будущий нобелиат, изучавший жидкий гелий, — он прозвал учителя Крокодилом и увековечил прозвище барельефом на стене кембриджской лаборатории.

Как открытия Резерфорда изменили современную науку

Атомная энергетика выросла из опытов, в практическую пользу которых Резерфорд не верил. Источник: Unsplash

Вся ядерная эпоха выросла из его результатов: атомная энергетика, изотопная медицина, датировка по полураспаду, физика частиц. Ускорители, расщепляющие ядра, — прямые потомки его опытов с альфа-частицами.

Сам Резерфорд, по любимой иронии судьбы, в практическую атомную энергию не верил: разговоры о добыче энергии из ядер называл вздором. Проверить прогноз он не успел — умер в 1937 году, за пять лет до первого ядерного реактора. Похоронен он в Вестминстерском аббатстве рядом с Ньютоном.

Имя его при этом осталось в самой таблице элементов: 104-й элемент называется резерфордием. Для человека, получившего Нобелевку по химии в порядке шутки, финал вышел закономерный.