Rutherford Ernest (années de vie: 1871-08-30 - 1937-10-19) - Physicien anglais, créateur du modèle planétaire de l'atome, fondateur de la physique nucléaire. Il était membre de la Royal Society de Londres, et de 1925 à 1930 - et son président. Cet homme est le lauréat du prix Nobel de chimie, qu'il a reçu en 1908.
Le futur scientifique est né dans la famille de James Rutherford, un charron, et de Martha Thompson, une enseignante. En plus de lui, la famille avait 5 filles et 6 fils.
Formation et premiers prix
Avant que la famille ne déménage de l'île du Sud de la Nouvelle-Zélande à l'île du Nord en 1889, Rutherford Ernest a étudié à Christchurch, au Canterbury College. Déjà à cette époque, les brillantes capacités du futur scientifique ont été révélées. Après avoir obtenu son diplôme de 4e année, Ernest a été récompensé pour le meilleur travail dans le domaine des mathématiques et a également remporté la 1ère place aux examens de maîtrise en physique et en mathématiques.
Invention du détecteur magnétique
Devenu maître ès arts, Rutherford n'a pasa quitté le collège. Il s'est plongé dans des travaux scientifiques indépendants sur l'aimantation du fer. Il a développé et fabriqué un appareil spécial - un détecteur magnétique, qui est devenu l'un des premiers récepteurs d'ondes électromagnétiques au monde, ainsi que le "billet d'entrée" de Rutherford pour la grande science. Un changement important se produisit bientôt dans sa vie.
Rutherford se rend en Angleterre
Les jeunes sujets les plus doués de la couronne anglaise de Nouvelle-Zélande ont reçu une bourse tous les deux ans. L'exposition universelle de 1851, qui permit d'aller en Angleterre étudier les sciences. En 1895, il a été décidé que deux Néo-Zélandais méritaient un tel honneur - le physicien Rutherford et le chimiste Maclaurin. Cependant, il n'y avait qu'un seul endroit et les espoirs d'Ernest furent déçus. Heureusement, Maclaurin est contraint d'abandonner ce voyage pour des raisons familiales, et Rutherford Ernest arrive en Angleterre à l'automne 1895. Ici, il a commencé à travailler à l'Université de Cambridge (dans le laboratoire Cavendish) et est devenu le premier doctorant de J. Thomson, son directeur (photo ci-dessous).
Étude des rayons de Becquerel
Thomson à cette époque était déjà un scientifique bien connu, l'un des membres de la Royal Society of London, respecté de tous. Il apprécie rapidement les capacités de Rutherford et l'attire pour travailler sur l'étude de l'ionisation des gaz sous l'influence des rayons X, qu'il mène. Cependant, déjà en 1898, en été, Ernest fait ses premiers pas dans un autre domaine de recherche. Il s'intéressait aux "rayons de becquerel". Emission de sel d'uranium, ouvertBecquerel, un physicien français, est devenu plus tard connu comme radioactif. Le scientifique français, ainsi que les Curie, étaient activement engagés dans ses recherches. En 1898, Rutherford Ernest rejoint l'œuvre. Ce scientifique a découvert que ces faisceaux comprennent des flux de noyaux d'hélium, chargés positivement (particules alpha), ainsi que des flux d'électrons (particules bêta).
Poursuite de l'étude des rayons d'uranium
L'œuvre des Curie est présentée à l'Académie des sciences de Paris le 18 juillet 1898, ce qui suscite un grand intérêt chez Rutherford. Dans ce document, les auteurs ont souligné qu'en plus de l'uranium, il existe d'autres éléments radioactifs (ce terme a été utilisé pour la première fois à l'époque). Rutherford a ensuite introduit le concept de demi-vie - l'une des principales caractéristiques distinctives de ces éléments.
Ernest en décembre 1897 a prolongé la bourse d'exposition. Le scientifique a eu l'occasion d'étudier plus avant les rayons d'uranium. Cependant, en avril 1898, une chaire de professeur à l'Université McGill locale est devenue vacante à Montréal et Ernest a décidé d'aller au Canada. Le temps de l'apprentissage est passé. Il était clair pour tout le monde que Rutherford était prêt à travailler seul.
Déménagement au Canada et nouvel emploi
À l'automne 1898, il s'installe au Canada. Au début, l'enseignement de Rutherford n'a pas été très réussi: les étudiants n'aimaient pas les cours, que le jeune professeur, qui n'avait pas encore appris à ressentir pleinement le public, était sursaturé de détails. Il y avait aussi quelques difficultés dans le travail scientifique en raison du retard de l'arrivée des préparations radioactives commandées par Rutherford. Cependant, toutla rudesse s'est rapidement atténuée et Ernest a commencé une série de chance et de succès. Cependant, il n'est guère approprié de parler de succès: tout a été réalisé grâce à un travail acharné, qui a impliqué ses nouveaux amis et des personnes partageant les mêmes idées.
Découverte de la loi des transformations radioactives
Autour de Rutherford se formait déjà alors une atmosphère d'enthousiasme créatif et de passion. Le travail a été joyeux et intense, il a mené à un grand succès. Rutherford a découvert l'émanation du thorium en 1899. Avec Soddy en 1902-1903, il est déjà parvenu à une loi générale applicable à toutes les transformations radioactives. Il faudrait en dire un peu plus sur cet événement scientifique important.
Les scientifiques du monde entier ont fermement appris à cette époque qu'il était impossible de transformer un élément chimique en un autre, de sorte que les rêves des alchimistes d'extraire l'or du plomb devraient être enterrés pour toujours. Et puis un ouvrage est apparu dans lequel il était avancé que lors des désintégrations radioactives, non seulement les transformations des éléments se produisent, mais qu'elles ne peuvent être ni ralenties ni arrêtées. De plus, les lois de ces transformations ont été formulées. Aujourd'hui, nous comprenons que c'est la charge du noyau qui détermine les propriétés chimiques de l'élément et sa position dans le système périodique de Mendeleïev. Lorsque la charge du noyau diminue de deux unités, ce qui se produit lors de la désintégration alpha, il "monte" de 2 cellules dans le tableau périodique. Il déplace une cellule vers le bas dans la désintégration bêta électronique et une cellule vers le haut dans la désintégration des positrons. Malgré l'évidence de cette loi et son apparente simplicité, cette découverte fut l'un des événements les plus importants de la science au début du 20siècle.
Mariage avec Mary Georgina Newton, naissance d'une fille
Dans le même temps, un événement important s'est produit dans la vie personnelle d'Ernest. 5 ans après les fiançailles avec Mary Georgina Newton, le scientifique Ernest Rutherford l'a épousée, dont la biographie à cette époque avait déjà été marquée par des réalisations importantes. Cette fille était la fille de la propriétaire de la pension de Christchurch où il vivait autrefois. En 1901, le 30 mars, la fille unique de la famille Rutherford est née. Cet événement a presque coïncidé dans le temps avec la naissance d'un nouveau chapitre de la science physique - la physique nucléaire. Et après 2 ans, Rutherford est devenu membre de la Royal Society of London.
Livres de Rutherford, expériences sur une feuille translucide avec des particules alpha
Ernest a créé 2 livres dans lesquels il résume les résultats de ses recherches et réalisations scientifiques. Le premier a été publié sous le titre « Radioactivité » en 1904. Les "transformations radioactives" sont apparues un an plus tard. L'auteur de ces livres a commencé de nouvelles recherches à cette époque. Il s'est rendu compte que c'était des atomes que le rayonnement radioactif émanait, mais le lieu de son apparition restait absolument flou. Il fallait étudier le dispositif du noyau. Et puis Ernest s'est tourné vers la technique de transillumination avec des particules alpha, avec laquelle il a commencé son travail avec Thomson. Les expériences ont étudié comment le flux de ces particules passe à travers de fines feuilles de papier d'aluminium.
Le premier modèle d'atome de Thomson
Le premier modèle de l'atome a été proposé quand on a appris que les électrons avaient une charge négative. Cependant, ils entrent dans les atomes,sont généralement électriquement neutres. Il doit donc y avoir quelque chose dans sa composition qui porte une charge positive. Pour résoudre ce problème, Thomson a proposé le modèle suivant: un atome est quelque chose comme une goutte, chargée positivement, avec un rayon d'un cent millionième de centimètre. À l'intérieur se trouvent de minuscules électrons avec une charge négative. Sous l'influence des forces de Coulomb, ils ont tendance à se positionner au centre même de l'atome, mais si quelque chose les déséquilibre, ils oscillent, accompagnés de rayonnement. Ce modèle expliquait l'existence de spectres d'émission, un fait connu à l'époque. Il est déjà devenu clair à partir d'expériences que dans les solides, les distances entre les atomes sont approximativement les mêmes que leurs tailles. Il semblait donc évident que les particules alpha ne pouvaient pas voler à travers une feuille, tout comme une pierre ne pouvait pas voler à travers une forêt où les arbres poussaient presque les uns à côté des autres. Cependant, les toutes premières expériences faites par Rutherford ont convaincu qu'il n'en était rien. La plupart des particules alpha, presque sans déviation, ont pénétré la feuille, et seules quelques-unes ont présenté une déviation, parfois importante. Ernest Rutherford était très intéressé par cela. Des faits intéressants nécessitaient une étude plus approfondie.
Modèle planétaire de Rutherford
Et puis l'intuition de Rutherford et la capacité de ce scientifique à comprendre le langage de la nature sont à nouveau apparues. Ernest a résolument rejeté le modèle de l'atome de Thomson. Les expériences de Rutherford ont conduit au fait qu'il a proposé la sienne, appelée planétaire. Selon elle, au centred'un atome est le noyau, dans lequel toute la masse d'un atome donné est concentrée, malgré sa taille plutôt petite. Et autour du noyau, comme les planètes tournant autour du soleil, les électrons se déplacent. Leurs masses sont sensiblement inférieures à celles des particules alpha, c'est pourquoi ces dernières ne s'écartent pratiquement pas lorsqu'elles pénètrent dans les nuages d'électrons. Et ce n'est que lorsqu'une particule alpha vole près d'un noyau chargé positivement que la force répulsive de Coulomb peut brusquement courber la trajectoire de son mouvement. C'est la théorie de Rutherford. Ce fut certainement une grande découverte.
Les lois de l'électrodynamique et le modèle planétaire
L'expérience de Rutherford a suffi à convaincre de nombreux scientifiques de l'existence d'un modèle planétaire. Cependant, il s'est avéré que ce n'est pas si univoque. La formule de Rutherford, qu'il a dérivée sur la base de ce modèle, était cohérente avec les données obtenues au cours de l'expérience. Cependant, elle a réfuté les lois de l'électrodynamique !
Ces lois, qui ont été établies principalement par les travaux de Maxwell et Faraday, stipulent qu'une charge se déplaçant à un rythme accéléré émet des ondes électromagnétiques et perd de l'énergie à cause de cela. Dans l'atome de Rutherford, l'électron se déplace dans le champ de Coulomb du noyau à une vitesse accélérée et, selon la théorie de Maxwell, il doit perdre toute son énergie en un dix-millionième de seconde, puis tomber sur le noyau. Cependant, cela ne s'est pas produit. Par conséquent, la formule de Rutherford a réfuté la théorie de Maxwell. Ernest le savait quand il était temps de retourner en Angleterre en 1907.
Déménagez à Manchester et recevez le prix Nobel
Le travail d'Ernest à McGillL'université a contribué au fait qu'il est devenu très célèbre. Rutherford a commencé à rivaliser d'invitations dans des centres scientifiques de différents pays. Au printemps 1907, le scientifique décide de quitter le Canada et arrive à Manchester, à l'Université de Victoria, où il poursuit ses recherches. Avec H. Geiger, il a créé en 1908 un compteur de particules alpha - un nouvel appareil qui a joué un rôle important dans la découverte que les particules alpha sont des atomes d'hélium, doublement ionisés. Rutherford Ernest, dont les découvertes furent d'une grande importance, reçut le prix Nobel en 1908 (en chimie, pas en physique !).
Coopération avec Niels Bohr
Pendant ce temps, le schéma planétaire occupait de plus en plus son esprit. Et en mars 1912, Rutherford commença à coopérer et à se lier d'amitié avec Niels Bohr. Le plus grand mérite de Bohr (sa photo est présentée ci-dessous) est qu'il a introduit des fonctionnalités fondamentalement nouvelles dans le modèle planétaire - l'idée de quanta.
Il a avancé des "postulats" qui semblaient contradictoires à première vue. Selon lui, l'atome a des orbites. Un électron, se déplaçant le long d'eux, ne rayonne pas, contrairement aux lois de l'électrodynamique, bien qu'il ait une accélération. Ce scientifique a indiqué une règle par laquelle ces orbites peuvent être trouvées. Il a découvert que les quanta de rayonnement n'apparaissent que lorsqu'un électron se déplace d'orbite en orbite. Le modèle atomique de Rutherford-Bohr a résolu de nombreux problèmes et est également devenu une percée dans le monde des nouvelles idées. Sa découverte a conduit à une révision radicale des idées sur la matière, sur son mouvement.
Autres vastes activités
En 1919Rutherford est devenu professeur à l'Université de Cambridge et directeur du laboratoire Cavendish. Des dizaines de scientifiques le considéraient à juste titre comme leur professeur, y compris ceux qui ont ensuite remporté le prix Nobel. Il s'agit de J. Chadwick, G. Moseley, M. Oliphant, J. Cockcroft, O. Gan, V. Geytler, Yu. B. Khariton, P. L. Kapitsa, G. Gamov et d'autres. Le flot d'honneurs et de récompenses est devenu de plus en plus abondant. En 1914, Rutherford a reçu la noblesse. Il devint président de la British Association en 1923 et, de 1925 à 1930, président de la Royal Society. Ernest reçoit le titre de baron en 1931 et devient seigneur. Pourtant, malgré des charges de travail toujours plus importantes, et pas seulement scientifiques, il continue de s'attaquer aux mystères du noyau et de l'atome.
Nous vous proposons un fait intéressant lié aux activités scientifiques de Rutherford. On sait qu'Ernest Rutherford utilisait le critère suivant lors du choix de ses employés: il confiait une tâche à la personne qui venait le voir pour la première fois, et si un nouvel employé demandait ensuite quoi faire ensuite, il était immédiatement renvoyé.
Le scientifique a déjà commencé des expériences, qui se sont terminées par la découverte de la fission artificielle des noyaux atomiques et de la transformation artificielle des éléments chimiques. En 1920, Rutherford a prédit l'existence du deutéron et du neutron et, en 1933, il est devenu l'initiateur et le participant d'une expérience visant à tester la relation entre l'énergie et la masse dans les processus nucléaires. En 1932, en avril, il soutient l'idée d'utiliser des accélérateurs de protons dans l'étude des réactions nucléaires.
Mort de Rutherford
Les travaux d'Ernest Rutherford et le travail de ses étudiants, appartenant à plusieurs générations, ont eu un impact énorme sur la science et la technologie, sur la vie de millions de personnes. Le grand scientifique, bien sûr, ne pouvait s'empêcher de se demander si cette influence serait positive. Cependant, il était un optimiste, croyait sacrément à la science et aux gens. Ernest Rutherford, dont nous avons décrit la brève biographie, est décédé en 1937, le 19 octobre. Il a été enterré à l'abbaye de Westminster.
