Тайны генома и космоса
Научные достижения 2018 года
Москва. 5 января. INTERFAX.RU — Оценивая научные открытия 2018 года, можно выделить следующие сферы, в которых идет активное развитие, — это медицина, генная инженерия и космос.
Затерянный мир в недрах Земли
Под конец года стало известно, что ученые обнаружили огромную и богатую экосистему в недрах Земли. Количество микроорганизмов там, по оценкам, составляет 70% биомассы, это тысячи неизвестных науке видов бактерий.
В условиях высокой температуры, большого давления и отсутствия света в подземной биосфере обитает 15-23 млрд тонн микроорганизмов. Это в сотни раз больше, чем общий вес людей на планете. Микробы глубоко под землей сильно отличаются от своих собратьев на поверхности. В некоторых случаях они получают питательную энергию только из камней. Генетическое разнообразие жизни под поверхностью при этом сравнимо или превосходит аналогичное на поверхности. По словам исследователей, разнообразие подземных видов можно сравнить с побережьем Амазонки или Галапагосскими островами.
Новый динозавр
Палеонтологи описали новый вид динозавров, живших около 200 млн лет назад на территории современной Южной Африки. Ящеры относились к завроподоморфам и, вероятно, были крупнейшими сухопутными животными своего времени. Динозавра назвали Ledumahadi mafube, что на языке сесото (одном из официальных языков в ЮАР) означает «гигантский удар грома на рассвете». По оценкам ученых, динозавр весил около 12 тонн.
Медицина и генная инженерия
В этих областях науки постоянно происходит что-то новое. Несколько лет подряд самые значительные и впечатляющие открытия делаются в области медицины.
В 2017 году американские ученые впервые попытались отредактировать геном в организме живого взрослого человека, страдающего синдромом Хантера, редким наследственным заболеванием, связанным с X-хромосомой. В 2018 году стали известны первые результаты этого эксперимента, и они оказались не слишком обнадеживающими: пациенту стало лучше, но следов генного редактирования, то есть «починки» генетической поломки, у него не увидели. Дальнейшая судьба этого проекта пока под вопросом.
Если отредактировать гены во взрослом человеке пока не удалось, то редактирование его клеток «снаружи» с возвращением обратно в организм постепенно становится медицинской рутиной. Этот метод применяется в иммунотерапии рака, для которой используются генетически модифицированные иммунные клетки пациента. В прошедшем году с помощью этого способа впервые удалось излечить пациентку с последней стадией метастазирующего лекарственно-устойчивого рака груди.
Сейчас все активнее начинают применять открытия, сделанные более десяти лет назад, и присуждать награды их авторам. В этой связи нельзя не отметить получение Джеймсом Эллисоном и Тасуко Хондзе Нобелевской премии за разработку основ иммунотерапии рака. Вместе с тем Нобелевскую премию по химии тоже можно отнести к биологии и медицине. Ученые научились методом подбора создавать белковые ферменты, которые за счет регулирования химических процессов в организме также способны помочь в борьбе с раком. Это направление может принести качественные изменения в онкологию уже в ближайшие 5 лет и значительно увеличить эффективность терапии во многих случаях.
Первые генно-модифицированные дети
На фоне новости о рождении первых в истории генно-модифицированных детей прошедший 2018 год можно назвать еще более прорывным в генетике, чем 2017 год.
Китайский ученый Цзянькуй Хэ из Южного университета науки и технологий в Шэньчжэ объявил, что способствовал рождению первых в мире людей с искусственно измененными генами – двух девочек близнецов. По его словам, ДНК новорожденных подверглось изменению с помощью нового метода редактирования генов (CRISPR), что сделало их, возможно, неуязвимыми для ВИЧ.
Рассказывая об этом событии, нельзя обойтись без оговорок. С точки зрения техники биотехнологий ничего сверхъестественного ученый не сделал — схожие эксперименты с эмбрионами уже проводились. Во-вторых, судя по материалам доклада Хэ Цзянькуя, цель модификации — сделать детей менее уязвимыми для ВИЧ — была достигнута не полностью, так как у одной девочки создать в точности нужную мутацию не удалось. В-третьих, результаты не были опубликованы в научных журналах, ученый объявил о своей работе не общепринятым способом — с помощью публикации в научном журнале, а в видеоролике на YouTube. Таким образом, научное сообщество не может точно понять, насколько заслуживают доверия заявления ученого.
От этически сомнительного эксперимента открестился университет, где работал генетик, коллеги осудили его, а китайские власти начали расследование. Журнал Science, один из самых авторитетных научных журналов в мире, подводя итоги года, причислил опыты с редактированием эмбрионов китайским ученым к числу трех главных провалов года.
В то же время другой крупный журнал, Nature, включил Хэ Цзянькуя в десятку самых влиятельных персон в науке за 2018 год.
Некоторые ученые считают, что рождение «дизайнерских» детей рано или поздно должно было произойти, и китайский генетик оказался достаточно смелым, чтобы сделать это первым. В любом случае это событие знаменует крупную веху в истории научно-технологического прогресса.
Прямой потомок денисовцев и неандертальцев
Еще одной генетической сенсацией года стала находка кости девочки неандертальско-денисовского происхождения. Ученые впервые нашли прямого потомка двух вымерших видов. Новые антропологические данные свидетельствуют о неоднократном пересечении генетических линий людей и неандертальцев. Денисовским человеком называют вымерший вид или подвид людей, которые населяли Южную и Восточную Азию и вымерли около 40 тыс. лет назад. Благодаря расшифровке их генома выяснилось, что денисовцы скрещивались как с людьми современного типа, так и с неандертальцами, с которыми они разделились, по разным оценкам от 390 до 500-600 тысяч лет назад.
Потомство мышей от однополых родителей
В октябре стало известно, что китайские биологи впервые вывели ГМ-мышей от однополых родителей — пары самок. Мышата ничем не отличались от сородичей и даже завели собственное потомство. При этом у некоторых наблюдались «некоторые отклонения». Кроме этого, ученые впервые вывели потомство от пары самцов, но эти животные прожили всего пару дней.
Цель работы — понять механизмы регуляции эмбрионального развития. В будущем это позволит однополым парам обзаводиться собственными детьми, а также поможет корректировать серьезные нарушения развития еще на ранних стадиях. Технологии получения потомства от родителей одного пола могут пригодиться для спасения вымирающих видов, таких как северные белые носороги, последний самец которых умер около полугода назад.
Астрономия и исследования космоса
«Вояджер-2» в межзвездном пространстве
Значительной вехой в освоении космоса стал выход аппарата «Вояджер-2» в межзвездное пространство. Аппарат был запущен в 1977 году и сейчас находится в 18 млрд км от Земли.
«Вояджер-2» стал вторым рукотворным объектом в истории человечества, который оказался в межзвездном пространстве. В декабре НАСА объявило, что аппарат вслед за своим «близнецом» — «Вояджером-1» — вышел за пределы гелиосферы и оказался в межзвездной среде, свойства которой уже определяются не Солнцем, а галактическими факторами. Несмотря на то, что аппараты вышли за пределы гелиосферы, это не означает, что они покинули Солнечную Систему, граница которой находится за пределами внешнего края Облака Оорта, на расстоянии около ста тысяч астрономических единиц от Солнца. «Вояджеру-2» потребуется около 300 лет, чтобы достичь Облака Оорта, и, возможно, около 30 тыс. лет, чтобы пролететь сквозь него.
Межзвездный астероид
В то время как «Вояджер-2» улетает в межзвездное пространство, оттуда к нам в прошлом году прилетал астероид необычной формы, получивший название Оумуамуа. Судя по его орбите, он не принадлежит Солнечной системе, а путешествует между звездами. Первый в истории пришелец из галактического пространства отличается странной сигарообразной формой, красноватым оттенком и необъяснимым дополнительным ускорением. Его нельзя обосновать ни гравитацией Солнца и планет, ни солнечным ветром. Это навело некоторых астрофизиков из Гарварда на мысль, что «гость» может быть межзвездным парусником. Участники проекта по поиску внеземных цивилизаций Breakthrough Listen даже специально «слушали» межзвездный астероид, чтобы узнать, не испускает ли он искусственные сигналы, но ничего необычного не услышали.
InSight на Марсе
Исследование Марса – одна из самых важных тем в исследовании космоса, и в 2018 году в этом направлении были сделаны значимые шаги. 26 ноября американский космический аппарат InSight успешно совершил посадку на Марс — в западной части вулканической области Элизиум вблизи экватора. До 2018 года к Марсу запустили свыше двух десятков различных аппаратов, но все они изучали лишь внешнюю сторону планеты.
Исследовательский зонд позволит впервые заглянуть внутрь планеты и дать ответы на вопросы о тектонической активности и внутреннем строении Марса — его коры, мантии и ядра. Миссия рассчитана на два года. На аппарате имеется микрочип, на котором записаны имена 2,4 млн человек, в том числе 60 тыс. россиян, принявших участие в акции «Отправь свое имя на Марс».
Новая карта Млечного пути
Важным событием в астрономии стал второй релиз данных космического телескопа Gaia. Он содержит информацию о точном расположении и передвижении почти 1,7 млрд звезд, а также о 14 тыс. астероидах Солнечной системы. Телескоп Gaia был создан Европейским космическим агентством, и его главная задача — составить наиболее детальную карту нашей Галактики. В апреле британские астрономы создали новую подробную трехмерную карту Млечного пути, основанную на новых результатах телескопа.
Конец миссии телескопа Кеплера
Вместе с тем в 2018 году можно отметить также и завершенные проекты. Была окончена миссия космического телескопа имени Кеплера.
Аппарат работал в космосе девять лет и обнаружил более 2,6 тысячи планет за пределами Солнечной системы, из них небольшое количество планет земного типа. Хотя нельзя сказать, что эти открытия были сделаны в прошлом году, телескоп изменил наше представление об устройстве планетных систем и открыл дорогу для новых исследований. После завершения миссии Кеплера искать экзопланеты остался космический телескоп TESS, запущенный в космос в апреле.
Путешествие Tesla Roadster к Марсу
Для российского космоса 2018 год оказался не очень удачным — достаточно вспомнить дырку в обшивке космического корабля «Союз МС-09» и аварийный запуск к МКС пилотируемого корабля «Союз МС-10».
Тем временем американская аэрокосмическая компания SpaceX показала самый впечатляющий запуск: старт сверхтяжелой ракеты-носителя Falcon Heavy, построенной на базе уже используемой Falcon 9. Через восемь минут после запуска боковые ускорители приземлились на космодроме. Центральный ускоритель должен был приземлиться на морскую платформу, но разбился о поверхность воды. В качестве полезной нагрузки компания выбрала личный автомобиль Илона Маска Tesla Roadster, который с манекеном по имени Starman на водительском сиденье, полетел к Марсу под музыку Дэвида Боуи.
В планах Маска — построить многоразовую ракету-носитель BFR, чтобы в 2023 году отправить в полет вокруг Луны первого туриста. Пассажира уже подыскали, им стал японский миллиардер Осака Маэдзава.
«Осирис-Рекс» прибыл к Бенну
Американская автоматическая космическая станция «Осирис-Рекс» (OSIRIS-REx) в декабре, преодолев более 4 млн км, прибыла к астероиду Бенну. Аппарат, запущенный в сентябре 2016 года, занял орбиту на высоте 4,5 км над поверхностью астероида диаметром около 550 метров, который вращается по эллиптической орбите вокруг Солнца.
Научная программа миссии продлится около двух лет. В рамках программы полета планируется, что зонд в марте 2021 года возьмет пробу грунта астероида и в сентябре 2023 года сбросит в атмосферу Земли капсулу с образцом грунта.
Spectre и Meldown
В мире ИТ серьезной проблемой стали уязвимости Spectre и Meldown. Выяснилось, что большинство современных процессоров, построенных на архитектурах Intel, AMD и ARM, имеет две уязвимости. С помощью них злоумышленники способны перехватывать зашифрованные пользовательские данные, пароли и другую важную информацию.
Источник
Секреты мира
Все открытия впереди!
Кто первый расщепил атом
Ровно 70 лет назад человек впервые расщепил атом
26 ноября 1894 г. В Санкт-Петербурге состоялось бракосочетание российского царя Николая II и немецкой принцессы Алисы Гессен-Дармштадтской. После венчания супруга императора приняла православную веру и получила имя Александра Федоровна.
27 ноября 1967 г. В московском кинотеатре «Мир» прошла премьера первого советского триллера «Вий». Главные роли сыграли Леонид Куравлев и Наталия Варлей. Съемки проходили в Ивано-Франковской области и поселке Седнев на Черниговщине.
28 ноября 1942 г. Советский Союз заключил соглашение с Францией о совместной борьбе с фашистской Германией в небе. Первая французская авиационная эскадрилья «Нормандия-Неман» состояла из 14 летчиков и 17 технических работников.
29 ноября 1812 г. Разгромлена армия Наполеона при переправе через реку Березина. Наполеон потерял около 35 тысяч человек. Потери русских войск, согласно надписи на 25-й стене галереи воинской славы Храма Христа Спасителя, составили 4 тысячи солдат. Почти 10 тысяч французов было взято в плен русским генералом Петром Витгенштейном.
30 ноября 1988 г. В СССР прекратили глушить зарубежные радиостанции.
1 декабря 1877 г. В селе Марковка Винницкой области родился Николай Леонтович, украинский композитор, хоровой дирижер, автор песен «Дударик», «Казака несут», «Мала мати одну дочку», «Щедрик» (песня известна на Западе как рождественская колядка колокольчиков («Carol of the Bells»).
1 декабря 1991 г. Состоялся всеукраинский референдум по вопросу о государственной независимости Украины. Первым президентом страны избран Леонид Кравчук.
2 декабря 1942 г. Физик Энрико Ферми с группой американских ученых из университета Чикаго осуществил контролируемую ядерную реакцию, впервые расщепив атом.
1 декабря 1992 года в международной базе данных зарегистрирован украинский домен UA
Среди бывших советских республик Украина стала первой страной, которая 1 декабря 1992 года получила национальный домен в интернете. Россия прошла регистрацию позже: домен RU появился 7 апреля 1994 года. В том же году свои домены получили Республика Беларусь — BY, Армения — AM и Казахстан — KZ. А первым национальным доменом в истории интернета стал американский US, он был зарегистрирован в марте 1985 года. Тогда же появились домены Великобритании — UK и Израиля — IL. Создание доменной системы позволяло по названию сайта сразу понимать, где он расположен.
В январе 1993 года на конференции украинских интернет-специалистов в поселке Славское Львовской области было предложено 27 доменов, созданных по географическому принципу, выбранному по коду телефонной нумерации. Украинские города и предприятия получили возможность создавать свои сайты в интернете, например, kiev.ua, crimea.ua, dnepropetrovsk.ua. Все обязанности по их администрированию по-прежнему выполнялись физическими лицами на общественных началах. В некоторых публичных доменах такая практика сохранилась до сих пор. Сейчас у каждого национального или географического домена есть свой администратор — компания или физическое лицо, определяющее правила регистрации. Со временем интернет породил свою версию языка. Доменное имя, которое заканчивается аббревиатурой COM, NET, EDU, означает сокращение общего понятия. К примеру, COM — коммерческий, NET — сетевой, EDU — образовательный. В нашей стране самым популярным является домен COM. Весной 2001 года с целью наведения порядка наконец-то было создано юридическое лицо ООО «Хостмастер», куда вошли администраторы UA и прочих украинских доменов. Физические лица, бывшие владельцы украинского домена UA, официально передали «Хостмастеру» часть полномочий.
Создать собственный сайт и получить домен сейчас может каждый. Первый этап, на котором регистрировать домены в зоне UA могли лишь владельцы торговых марок, уже закончился. С 2010 года доступна свободная регистрация домена на срок десять лет для любого, цена использования домена на один год составляет 90 гривен. Кстати, первым предсказал интернет писатель, философ и общественный деятель XIX века Владимир Одоевский. В романе «4338-й год», изданном в 1837 году, Одоевский писал: «Между знакомыми домами устроены магнетические телеграфы, посредством которых живущие на далеком расстоянии общаются друг с другом». Сейчас, открывая сайт в интернете, не выходя из дома, каждый из нас может купить авиа- и железнодорожный билет, совершить покупки в супермаркете электроники, опубликовать свои произведения без посредников и даже найти спутника жизни на сайте знакомств. Двадцатилетние с трудом могут представить себе эпоху, когда за книгами шли в библиотеку, письма писали от руки, а новости узнавали только из телевизионных программ или печатных изданий.
Читайте нас в Telegram-канале, Facebook и Twitter
В каком году ученые впервые разделили атом — Кто первый расщепил атом? — 22 ответа
В разделе Естественные науки на вопрос Кто первый расщепил атом? заданный автором Простудить лучший ответ это если говорить физическими терминами, то атом не расщепляется, а распадается при радиоактивном распаде. само явление получило название радиоактивность, оно сопровождается излучением альфа и бетта частиц и гамма излучения. первым явление радиоактивности обнаружил А. Беккерель, в 1919 г. Э Резерфорд наблюдал ядерную реакцию с атомами азота, в 1934 г супруги Ф. Жолио и И. Кюри открыли явление искусственной радиоактивности, т. е. они первыми провели ядерные реакции, которых нет в природе. в 1938 г. О Ган Ф Штрассман открыли реакцию деления урана под действием нейтронов, в 1939 Ю. Б. Харитон и Я. Б. Зельдович разработали теорию цепной ядерной реакции. после этого создание ядерной бомбы было делом техники. формула А. Эйнштейна E=mc^2 объясняет происхождение ядерной энергии, но Эйнштейн не занимался ядерной физикой и не участвовал в атомном проекте. просто он способствовал своим авторитетом тому, чтобы американское правительство занялось этим проектом, в виду поступивщих к нему данных, что Германия занимается этим.
Ответ от Невропатолог[гуру]Эрнест Резерфорд — расщепил атом азотаОтвет от хлебосол[гуру]Природа первой расщепила.Ответ от Иванова Наталья[новичек]Курчатов!!
Прадедушка атомной бомбы
Изменить размер текста:
В тот обычный зимний день Отто Ган — профессор физического Института кайзера Вильгельма в Берлине — вышел из своего дома и уверенно направился в сторону ближайшего отделения почты.
Однако по мере приближения к цели шаги его становились медленнее, что, несомненно, говорило о том, что профессор одолеваем какими-то серьезными мыслями, возможно, даже сомнениями. И все же, остановившись перед почтовым ящиком, профессор с внешней уверенностью опустил в него довольно объемистый пакет. Круто развернувшись, Ган отправился в обратный путь.
Позже он скажет своему коллеге, известному физику Роберту Юнгу: «После того как статья была отправлена по почте, все это показалось мне столь невероятным, что захотелось вернуть ее обратно из почтового ящика…»
Но дело сделано. В мир, а точнее в редакцию крупнейшего немецкого и весьма уважаемого во всем мире научного журнала, ушла статья — сообщение о только что завершенном научном открытии, одном из самых значительных в истории человечества. В ней профессор Ган объявил и в самом деле невероятное: ему вместе с ассистентами Лизой Мейтнер, а после нее — с Фрицем Штрасоманом в результате исследований, длившихся в разных лабораториях почти четверть века, удалось открыть необыкновенное явление: расщепление атома урана. Другими словами — экспериментально доказать, что атом вовсе не является неделимой частью существа всего мира, нас окружающего, да заодно и нас самих, а, в свою очередь, состоит из отдельных частиц. Сейчас об этом знают даже школьники. Тогда сомневались даже академики.
Ган со своими сотрудниками бомбардировал ядро атома урана и выбил из него составляющее — радиоактивный барий, отметив при этом необъяснимое свечение и бурное высвобождение прежде сокрытой энергии. Тот день, который проставил в конце своей статьи Ган — 22 декабря, ознаменовал начало новой эпохи в науке, подлинную в ней революцию — ведь расщепление атома считалось в принципе невозможным! А 6 января 1939 года статья увидела свет…
Ученый долго сомневался: действительно ли он сделал удивительное открытие или просто сошел с ума.
А вот теперь, вспоминая о том свершении, не обойтись без человека, вложившего в руки Гана инструмент, с помощью которого ему удалось вскрыть глухо запечатанную консервную банку. Джеймс Чедвик, сотрудник физической лаборатории в Кембридже, за шесть лет до описываемых выше событий открыл некую страннейшую частицу, притом наимельчайшую, не обладающую вовсе никаким зарядом — ни положительным, ни отрицательным, — нейтрон. Словно бы сам конфузясь от собственной смелости, Чедвик заявил, что открытая им частица может послужить инструментом для вскрытия неких небывалых сил, спрятанных в недрах материи.
На заявление Чедвика попросту не обратили внимания. Мало ли у кого фантазия разыграется… И все исследователи продолжали упрямо бомбить ядро атома тяжелыми снарядами из осадных орудий. А Ган, испробовав всякое, отложив кувалду и взяв легкий молоточек, рискнул вооружиться нейтроном — и у него получилось!
В полученный им результат — очевидный — верить упорно не хотели. Великий Резерфорд на годичном собрании Британской ассоциации ученых произнес убедительную речь, где походя обронил, что люди, толкующие о получении энергии в больших масштабах из недр материи, «несут полный вздор». А не менее великий Нильс Бор, узнав об открытии Гана, буквально хлопнул себя по лбу и выдохнул: «Боже, как мы могли не замечать этого так долго!»
За свое гениальное открытие Отто Ган в 1944 году получил Нобелевскую премию, еще гремела Вторая мировая война, и слава богу, что Гитлер не сумел вовремя оценить своим скудным интеллектом открытие, сделанное соотечественником: первую атомную бомбу создали в 1945 году американцы, собравшие под свое крыло практически весь цвет мировой науки. А первую в мире атомную электростанцию запустили мы — в 1954 году.
Как изменились отношения в мире после открытия Гана — видим теперь со всей наглядностью…
Человек и атомоход
С личностью Отто Гана связана и другая интересная история. Его именем назвали одно из первых атомных судов коммерческого флота. То есть до этой посудины были и атомные ледоколы, и субмарины с ядерными энергетическими установками. Но все это больше относилось к военной или полувоенной сфере. А вот коммерческий флот получил такую дорогую игрушку практически впервые (чуть позже американцев). Случилось это в 1964 году. И, конечно же, немцы назвали экспериментальное торговое судно именем человека, расщепившего атом.
Судьба корабля складывалась спокойно, несмотря на пристальное внимание всего мира. Правда, за ним в отличие от первого советского атомного ледокола не устраивали погонь с постоянным забором проб воды на радиацию.
До 1979 года «Отто Ган» прошел 650 000 морских миль (1 200 000 километров) на ядерном топливе, побывав в 33 портах 22 стран. Заправлялся он всего два раза, израсходовав около полусотни килограммов урана. В начале 80-х ядерную установку сняли и поставили обычный дизель — слишком дорого обходился маленький атомный реактор. Тогда же посудину переоборудовали в контейнеровоз. В этой роли под разными именами корабль бороздил океаны до 2009 года, после чего его разрезали на металлолом.
Подвиг корабля в том, что он доказал — атомный флот может быть безопасным и полезным. И единственное, что сдерживает его развитие, — цена вопроса.
Отрывок из книги о судьбе отца термоядерной бомбы — академика Сахарова.
Расщепление ядра
Открытие изотопов стабильных элементов, уточнение измерений элементарного заряда были первыми достижениями послевоенной физики (1917-1918). В 1919 г. было сделано новое сенсационное открытие — искусственное расщепление ядра. Открытие это было сделано Резерфордом в Кембридже в Кавендишской лаборатории, которую он возглавил в том же, 1919 г.
Резерфорд изучал столкновение а -частиц с легкими атомами. Столкновения а-частицы с ядрами таких атомов должны их ускорять. Так, при ударе а-частицы о ядро водорода оно увеличивает свою скорость в 1,6 раза, и ядро отбирает у а-частицы 64% ее энергии. Такие ускоренные ядра легко обнаружить по сцинтилляциям, возникающим при ударе их об экран из сернистого цинка. Их действительно наблюдал Марсден в 1914 г.
Резерфорд продолжил опыты Марсдена, но, как он отмечал сам, эти опыты «выполнялись в весьма нерегулярные промежутки времени, поскольку позволяли повседневные занятия и работа, связанная с войной. » «Опыты даже совершенно прекращались на долгое время». Лишь после окончания войны опыты ставились регулярно, и их результаты были опубликованы в 1919 г. в четырех статьях под общим названием «Столкновения а-частиц с легкими атомами».
Прибор, применявшийся Резерфордом для изучения таких столкновений, представлял собой латунную камеру длиной 18 см, высотой 6 см и шириной 2 см. Источником а-частиц служил металлический диск, покрытый активным веществом. Диск помещался внутри камеры и мог устанавливаться на разных расстояниях от экрана из сернистого цинка, на котором наблюдались с помощью микроскопа сцинтилляции.
Камера могла заполняться различными газами (см. рис. 78).
Рис. 78. Масс-спектрограф Демпестера
При впускании сухого кислорода или углекислого газа число сцинтилляций уменьшалось вследствие поглощения а-частиц слоем газа. «Неожиданный эффект, однако, — писал Резер-форд в четвертой статье, — был обнаружен, когда в аппарат был введен сухой воздух. Вместо уменьшения число сцинтилляций увеличилось, и для поглощения, соответствующего приблизительно слою воздуха в 19 см, число их было приблизительно в 2 раза больше, чем то, которое наблюдалось при вакууме. Из этого опыта было ясно, что а-частицы при прохождении через воздух дают начало сцинтилляциям, соответствующим большим длинам пробега, яркость которых для глаза представлялась приблизительно равной яркости Н-сцинтилляций». Так как в кислороде и углекислом газе такого эффекта не наблюдалось, то с большой вероятностью можно было утверждать, что этот эффект обязан своим происхождением азоту.
Камеру заполняли чистым тщательно высушенным азотом. «В чистом азоте число сцинтилляций, соответствующих большому пробегу, было больше, чем в воздухе». Таким образом, «сцинтилляции при большом пробеге, наблюдаемые в воздухе, должны быть приписаны азоту».
Необходимо было, однако, показать, что длиннопробежные а-частицы, вызывающие сцинтилляции, «являются результатами столкновений а-частиц с атомами азота».
Схема первой установки Милликена
Путем многочисленных опытов Ре-зерфорд показал, что это действительно так и что в результате таких столкновений получаются частицы с максимальным пробегом 28 см, таким же, как у Н-атомов. «Из полученных до сих пор результатов, — писал Резерфорд, — трудно избежать заключения, что атомы с большим пробегом, возникающие при столкновении а-частиц с азотом, являются не атомами азота, но, по всей вероятности, атомами водорода или атомами с массой 2. Если это так, то мы должны заключить, что атом азота распадается вследствие громадных сил, развивающихся при столкновении с быстрой а-частицей, и что освобождающийся водородный атом образует составную часть атома».
Так было открыто явление расщепления ядер азота при ударах быстрых а-частиц и впервые высказана мысль, что ядра водорода представляют собой составную часть ядер атомов. Впоследствии Резерфорд предложил термин «протон» для этой составной части ядра. Резерфорд заканчивал свою статью словами: «Результаты в целом указывают на то, что если а-частицы или подобные им быстро движущиеся частицы с значительно большей энергией могли бы применяться для опытов, то можно было бы обнаружить разрушение ядерных структур многих легких атомов».
3 июня 1920 г. Резерфорд прочитал так называемую Бакерианскую лекцию под названием «Нуклеарное строение атома». Сообщая в этой лекции о результатах своих исследований по столкновению а-частиц с ядрами атомов и о расщеплении ядер азота, Резерфорд, обсуждая природу продуктов расщепления, сделал предположение о возможности существования ядер с массой 3 и 2 и ядер с массой ядра водорода, но с нулевым зарядом. При этом он исходил из гипотезы, высказанной впервые Марией Склодовской-Кюри, что в состав атомного ядра входят электроны.
Резерфорд пишет, что «ему кажется весьма правдоподобным, что один электрон может связать два Н-ядра и, возможно, даже и одно Н-ядро. Если справедливо первое предположение, то оно указывает на возможность существования атома с массой около 2 и с одним зарядом. Такое вещество нужно рассматривать как изотоп водорода. Второе предположение заключает в себе мысль о возможности существования атома с массой 1 и нуклеарным зарядом, равным нулю. Подобные образования представляются вполне возможными. Подобный атом обладал бы совершенно фантастическими свойствами. Его внешнее поле практически должно равняться нулю, за исключением областей, весьма близко прилегающих к ядру; вследствие этого он должен бы обладать способностью свободно проходить через материю. Существование подобного атома, вероятно, трудно было бы обнаружить спектроскопом, и его нельзя было бы удержать в закрытом сосуде. С другой стороны, он должен был легко входить в структуру атома и либо соединяться с его ядром, либо разгоняться интенсивным полем последнего, давая начало заряженному Н-атому или электрону или тому и другому».
Так была высказана гипотеза о существовании нейтрона и тяжелого изотопа водорода. Она была высказана на основе предложенной М. Склодовской-Кюри гипотезы, что ядра атомов состоят из ядер водорода (протонов) и электронов.
Это представление немедленно объяснило характеристические ядерные числа А и Z.
Однако такие характеристики ядра, как массовое число А и заряд Z, оказались недостаточными. Еще в 1924 г. до открытия спина В. Паули предположил, что ядро обладает магнитным моментом, влияющим на движение орбитальных электронов и тем самым создающим сверхтонкую структуру спектральных линий. Объяснение тонкой структуры спектров наличием обусловленных спином магнитных моментов ядер привело к разделению ядер на два типа. Ядра четного типа, обладающие целым спином, подчиняются статистике Бозе, ядра нечетного типа, обладающие полуцелым спином, подчиняются статистике ферми — Дирака. Поэтому по протонно-электронной теории ядра, состоящие из четного числа электронов и протонов, должны подчиняться статистике Бозе, из нечетного — статистике ферми — Дирака.
В 1930 г. выяснилось, что ядро азота подчиняется статистике Бозе, хотя оно согласно протонно-электронной теории строения ядра состоит из 21 частицы (14 протонов, 7 электронов). Этот факт получил в науке название азотной катастрофы.
В том же году, когда обнаружилась азотная катастрофа, были опубликованы результаты опытов Л. Мейтнер и Ортмана, подтвердивших результаты опытов Эллиса и Вустера 1927 г. Эти опыты показали, что полная энергия (3-лучей, измеряемая толстостенным микрокалориметром, меньше разности энергий исходного и конечного ядер, т. е. часть энергии, испускаемая ядром при р-распаде, исчезает. Получается вопиющее противоречие с законом сохранения энергии.
Решение проблемы азотной катастрофы и загадки р-спектров было дано на основе представления о существовании в природе нейтральных частиц — тяжелой, названной нейтроном, и легкой — названной по предложению Ферми нейтрино, т. е. маленьким нейтроном.
Источник