藏在原子核中的一道难题

在20世纪的最初几年间，物理学家们建立了一个原子模型，其中电子围绕小而质密的原子核运转（参考阅读：卢瑟福-玻尔模型，第154页）。许多物理学家都把他们的精力集中在理解电子上，而对于另一部分物理学家来说，原子核无疑更具吸引力。核里面有什么呢？

到了1919年，欧内斯特·卢瑟福有了一个重大突破：他成功从氮原子核上去掉了微小的正电荷粒子，而这些粒子正是后来被大家所熟知的质子。

这个发现令学界非常满意，因为正电荷质子可以通过平衡负电荷电子而使原子保持中性的状态。然而，仍然有一个问题悬而未决。试验结果显示，质子的质量并不足以解释核内物质的总质量，所以核内肯定还有别的东西存在。

主流假说认为，原子核中一定另外还有质子及（为平衡电荷）与前者数量相等的电子存在。这个理论非常吸引人，因为试验结果已经表明，原子核可以释放辐射（学界称之为“贝塔辐射”），而这些辐射似乎由电子构成。然而，核内电子假说也问题不断，尤其是海森堡的不确定性原则似乎暗示了，将电子限制在原子核那么小的空间里所需的能量将会大到几乎不可能实现。

1932年，詹姆斯·查德威克发现了原子核中的另一种粒子，从而挽救了整个局面。他发现的这种粒子比质子稍重，且最关键的是，该粒子是中性的（不带电荷的）。这个后来被命名为“中子”的粒子填补了核物质中的缺额，并表明了原子核是由正电荷质子和不带电荷的中子这两部分构成的。但是，为何原子核有时候还会释放出负电荷呢？查德威克并没有解决这个问题，这可能就是沃纳·海森堡在中子被发现之后的一段时间内却继续坚持原子核内一定含有电子的假设的原因。

原子核内部到底正在发生什么事情呢？(www.daowen.com)

查德威克的研究结果最终帮助推翻了广为流传的核内电子假说。原子核内部是否存在一个类似中子的粒子？对于这个问题，他已经揣度了很长时间。20世纪30年代早期，他听说了费雷德里克和伊雷娜·约里奥-居里的试验。在试验中，这两位科学家用放射物轰击一种名为铍的化学元素，结果铍发出辐射。查德威克意识到，这种铍辐射的表现方式是与众不同的——它不带电荷，但和已知的几种“中性”辐射不同，它可以将质子敲打到从原子核上松动的状态。查德威克推断，为了达到敲松“沉重”质子的效果，辐射本身一定拥有巨大的质量，且由中子所构成。

参考阅读//

No. 76 海森堡的不确定性原则，第156页

核内电子假说是针对原子核内质量缺额问题的一个早期探索，后来中子的发现解决了这个问题。

但该假说仍然非常重要——它所强调的原子核可以释放出电子的事实表明了，在20世纪20年代和30年代，核物理学领域仍存在许多未解的问题。