中子和质子质量哪个大(中子和质子的关系)

我们之前谈过了。经过四代物理学家，我们终于搞清楚了原子模型。但在研究过程中，电子和原子核的发现也打破了“原子不能再分”的认识。于是，科学家开始思考，电子和原子核可以再分吗？当然，我们现在知道电子是基本粒子，没有办法再分了。原子核其实是可分的，那么科学家是怎么研究这个问题的呢？

今天，我们来谈谈:科学家对原子核的探索。

发现质子

原子核的研究实际上与上一期的老朋友卢瑟福有关。

上一期我们讲了卢瑟福对原子的研究，用α粒子(氦核)轰击金箔，然后记录α粒子后的变化。

就这样，卢瑟福发现了原子核。至于原子核能否再分，卢瑟福想到了用α粒子轰击的方法。其实很好理解。他就是想看看能不能把原子核敲开，这样就知道原子核能不能细分了。

卢瑟福这次选择轰击氮原子核。结果他发现一些极其微小的物质被吹出来了。经过分析，他发现这些极其微小的物质就是氢原子核。

于是，卢瑟福做了一个推测，大致过程如下:

原子核是原子核的基本单位，也就是说，氢原子应该是最简单的原子核。不同种类原子的原子核应该是由一堆氢原子核组成的。这也与道尔顿在《原子论》中将氢原子的原子量设定为1的思想不谋而合。

卢瑟福把氢原子核命名为质子。氢带单位正电荷，电子带单位负电荷。因此，氢原子是电中性的。

从卢瑟福的结论来看，其他原子的质量应该是质子数的整数倍。这个结论对不对，还是要拉出来才知道。于是卢瑟福开始研究这个理论是否适用于氦核。结果如何？

他发现氦核的质量接近质子的四倍。根据卢瑟福的理论，氦核应该有四个正电荷，但问题是，氦核外面只有两个电子。那岂不是氦原子应该有两个正电荷？实际上，氦原子是电中性的，这是相互矛盾的。

经过这个推导，为了解决这个矛盾，卢瑟福预言原子核中应该还有一种基本成分，是电中性的。

发现中子

如果翻开历史，会发现卢瑟福当时所在的卡文迪许实验室被称为诺贝尔奖幼儿园。这里前前后后诞生了10多位诺贝尔奖获得者，其中大部分是卢瑟福的学生和助手。这些人对微观世界做出了巨大的贡献，包括我们上一期提到的著名的玻尔。

除了玻尔，还有一个低调奢华的人，二战时负责原子弹项目。他是查德威克，也是卢瑟福的弟子之一。

然而，查德威克恰好是卢瑟福的弟子。据说16岁的查德威克注册了曼彻斯特大学，他的理想专业是数学。结果我在排队的时候去了物理专业。当他发现自己入错行的时候，有点尴尬和紧张，不敢说自己入错行了。最后，他不得不硬着头皮进入物理系，成为卢瑟福的学生。

最终，查德威克证实了卢瑟福的预言，但在他取得成就之前，那段时间很多科学家都在试图寻找卢瑟福预言的基本成分。其中有居里夫人的女儿和女婿艾琳·约里奥-居里和弗雷德里克·约里奥-居里。他们得知德国物理学家瓦尔特·博特和赫伯特·贝克尔用阿尔法粒子与铍碰撞，会产生奇怪的辐射。

于是，他们自己做了实验，证实了这个事实，并向公众公布。

这种辐射可以将质子从含氢物质中驱逐出去。

这个结论让艾琳·约里奥-居里和弗雷德里克·约里奥-居里错过了发现中子的机会。

查德威克得知后，认为这很可能与卢瑟福预言的基本成分有关。于是，他设计了一个实验，同样用α粒子轰击铍，然后让射线轰击石蜡。这种辐射会轰击石蜡的质子。

这时，查德威克假设铍被轰击后，中子被辐射出来。然后他通过测量质子的速度来计算中子的质量，质子的速度只和质子差不多，稍大一点，不带电。

接下来，我们可以通过中子和质子的区别，即带电或不带电来证实查德威克的发现。这里提到一个神奇的发明:威尔逊云室。

威尔逊云室是英国物理学家查理·威尔森发明的，可以用来探测自由粒子的运动轨迹。

具体原理是，云室是一个密封的环境，充满过饱和的水蒸气或酒精。当一束粒子穿过时，云室中的混合物会相互作用，迅速凝聚，出现一条轨迹。其实这和飞机在高空会留下轨迹的原因差不多。

因此，当一束带有质子和中子的辐射穿过云室时，也会留下痕迹。其实我们高中物理学过，运动的带电粒子在磁场中会发生偏转，而没有带电粒子的粒子会沿着直线运动。

因此，要知道一束粒子中是否含有中子，我们只需要在云室中加上一个磁场。下图中，直线轨迹是中子留下的，曲线轨迹是带电粒子留下的。

这样，也可以确定中子的存在。后来科学家测得中子质量为1.6749 * 10-27千克，而质子质量为1.6726 * 10-27千克。你找到了吗？正如查德威克预言的那样，中子的质量只比质子的质量大一点点。

因此，查德威克成为了中子的发现者，并获得了1935年的诺贝尔物理学奖。

核能时代

正是卢瑟福和查德威克的发现，人类打开了核世界。科学家们开始能够在核层面上进行操作，这为后来的核聚变、裂变以及核能的利用奠定了坚实的基础。

然而，他们的发现也带来了两个问题，

质子和中子还能继续再分么？原子核中质子和中子为什么会被束缚在一起，是什么作用导致的？

这两个问题导致了物理学的进一步发展，从而诞生了粒子物理的标准模型。我们将在接下来的几期详细讨论。

至于质子和中子的发现，就说到这里吧。

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