SCIENZA A SCUOLA

Esperienze scolastiche


Fino al 1932, si credeva che l'atomo consistesse di un nucleo positivo circondato da  elettroni negativi in numero tale da rendere l'atomo elettricamente neutro. L'atomo era in larga parte vuoto, con la sua massa concentrata in un piccolo. Il nucleo conteneva sia protoni che elettroni poiché il protone era il nucleo più leggero conosciuto e poiché gli elettroni erano emessi dal nucleo nel decadimento beta. Oltre alle particelle beta, certi nuclei radioattivi emettevano particelle alfa positive e radiazione gamma neutra. 

Dodici anni prima, Lord Ernest Rutherford, ipotizzò l'esistenza di una particella neutra, con una massa pari all'incirca a quella del protone, che risulterebbe dalla cattura di un elettrone da parte di un protone. Tale ipotesi stimolò la ricerca di tale particella. Tuttavia il fatto che fosse neutra complicava la ricerca poiché quasi tutte le tecniche sperimentali misuravano particelle cariche.

Nel 1928, un fisico tedesco, Walter Bothe, e il suo studente, Herbert Becker, avviarono una tale ricerca. Bombardarono berillio con particelle alfa emesse dal polonio e trovarono che produceva una radiazione neutra e penetrante, che essi interpretarono come fotoni gamma di alta energia.

Nel 1932, Irene Joliot-Curie e suo marito Frederic Joliot-Curie, decisero di usare la loro intensa sorgente di particelle alfa per meglio analizzare la penetrante radiazione di Bothe. Trovarono che questa radiazione emetteva protoni da un bersaglio di paraffina. Tale scoperta fu sorprendente perché i fotoni non avevano massa. Tuttavia i Joliot-Curies interpretarono i risultati come l'azione di fotoni sugli atomi di idrogeno nella paraffina. Introdussero un'analogia con l'effetto Compton, nel quale fotoni che colpiscono una superficie metallica emettono elettroni. La difficoltà era che l'elettrone era 1836 volte più leggero del protone e, pertanto, rimbalzava indietro molto più facilmente del protone più pesante dopo una collisione con un fotone gamma. Noi ora sappiamo che il fotone gamma non ha energia sufficiente per espellere un protone dalla paraffina.

Quando James Chadwick riferì a Lord Rutherford i risultati dei Joliot-Curie, Lord Rutherford esclamò, "Non gli credo!" Chadwick immediatamente ripeté gli esperimenti al Cavendish Laboratory a Cambridge, Inghilterra. Non solo bombardò gli atomi di idrogeno nella paraffina con le emissioni del berillio, ma usò pure elio, azoto e altri elementi come bersagli. Confrontando le energie di rinculo delle particelle cariche da diversi bersagli, dimostrò che il berillio emetteva componenti con una massa circa uguale a quella del protone. Chiamò tale particella NEUTRONE. Ricordiamo che la sua reinterpretazione dei risultati dei  Joliot-Curie gli valse il Premio Nobel.


James Chadwick
Frederic Joliot Irene Curie nel loro laboratorio
Ernest Rutherford