PENEMUAN ELEKTRON, PROTON, DAN NEUTRON

Sejarah Singkat

Keberadaan unit fundamental penyusun atom pertama kali dicetuskan oleh Michael faraday (1834). Ide ini kemudian, dikemukakan oleh ilmuwan lain, George J stoney yang pada 1874 mengusulkan nama “electrine” untuk unit muatan ion hidrogen, yang kemudian pada 1891 beliau menggantinya menjadi “electron”. Penelitian partikel alfa(He2+) dengan sudut defleksi rendah pada lembaran logam emas oleh Rutherford pada 1911, mendukung bahwa inti dari atom berukuran sangat kecil dan bermuatan positif. Dua tahun kemudian, dia menyimpulkan berdasarkan hasil eksperimennya yang melibatkan hamburan partikel alfa dari gas sederhana bahwa, “atom hidrogen memiliki struktur inti yang paling sederhana dengan satu unit muatan.”

Rutherford juga orang pertama yang secara tentatif menyarankan nama "proton" untuk partikel fundamental yang ia temukan. Pada pertemuan informal sekitar tahun 1920 dari Physics Section of the British Association, nama proton mendapat persetujuan umum, terutama karena menunjukkan istilah 'protyle' yang diberikan oleh Prout dalam hipotesisnya yang terkenal bahwa, “Semua atom tersusun dari hidrogen." Istilah itu sendiri berasal dari protos Yunani (yang artinya pertama). Samuel Glasstone telah mencatat bahwa istilah tersebut telah digunakan sejak kurang lebih 1900 tahun lalu sebagai istilah umum untuk unit dari mana semua unsur dasar terbentuk.

Melalui pengamatan sifat partikel yang terbentuk dari hamburan partikel alfa, Rutherford juga orang pertama yang menyarankan pada tahun 1920, bahwa mungkin saja sebuah elektron bergabung lebih dekat dengan inti H, membentuk semacam doublet inti, atom seperti itu akan memiliki sifat yang sangat baru. Dalam pembahasan skema klasifikasi untuk isotop, William Draper Harkins pertama kali memperkenalkan istilah "neutron", pada 1921 yang merupakan istilah yang mewakili satu elektron negatif dan satu inti hidrogen. Istilah yang sama juga telah digunakan oleh Walther Nernst setidaknya 10 tahun sebelumnya dalam konteks senyawa elektron positif dan negatif serta molekul tak bermassa yang netral secara elektrik. Sampai beberapa tahun kemudian, pada 1930 Bothe dan Becker melalui hasil observasinya, mengemukakan bahwa paparan unsur-unsur ringan, khususnya berilium, ke sinar alfa menyebabkan radiasi yang sangat menembus. Pada tahun 1931-1932, Curie-Joliot dan Joliot, mengemukakan bahwa paparan bahan yang mengandung hidrogen, khususnya parafin, terhadap radiasi baru ini menyebabkan pelepasan proton berkecepatan tinggi. Pada saat yang sama Chadwick menafsirkan kedua kumpulan hasil ini dalam istilah radiasi yang terdiri dari partikel bermassa hampir sama dengan proton dan tanpa muatan bersih, yang ia identifikasikan dengan spesies neutron yang pertama kali didalilkan oleh Rutherford.

Penemuan Neutron Oleh Chadwick

Pada tahun 1920, fisikawan tahu bahwa sebagian besar massa atom terletak di inti atom di pusatnya, dan inti pusat ini mengandung proton. Penelitian yang merujuk pada penemuan neutron pertama kali dilakukan oleh Walther Bothe dan muridnya Herbert Becker, pada 1930 di Jerman. Penelitian mereka melibatkan radiasi gamma yang dihasilkan ketika unsur seperti magnesium dan aluminium dibombardir oleh partikel alfa yang berenergi tinggi yang diemisikan pada peluruhan unsur radioaktif seperti radium atau polonium. Dalam reaksinya, partikel alfa biasanya berinteraksi dengan inti target untuk menghasilkan sebuah proton dan sinar gamma (hydrogen nucleus). Radiasi penetrasi yang luar biasa dihasilkan. Berilium menghasilkan radiasi paling intens. Polonium sangat radioaktif, menghasilkan radiasi alfa energik, dan pada saat itu umumnya digunakan untuk eksperimen hamburan.

Radiasi alfa dapat dipengaruhi oleh medan listrik, karena terdiri dari partikel bermuatan. Radiasi penetrasi yang diamati tidak dipengaruhi oleh medan listrik, sehingga dianggap sebagai radiasi gamma. Radiasinya lebih menembus daripada sinar gamma mana pun yang diketahui, dan detail hasil eksperimen sulit untuk ditafsirkan. Beberapa ilmuwan mengira radiasi yang sangat menembus yang dipancarkan oleh berilium ini terdiri dari foton berenergi tinggi. Chadwick telah memperhatikan beberapa hal aneh dari radiasi ini, dan mulai berpikir bahwa itu mungkin terdiri dari partikel netral seperti yang diusulkan Rutherford.

Dua tahun setelah Bothe dan Becker, sepasang suami istri, Irène Joliot-Curie dan Frédéric Joliot di Paris menunjukkan bahwa jika radiasi yang tidak diketahui ini jatuh pada lilin parafin, atau senyawa lain yang mengandung hidrogen, ia mengeluarkan proton dengan energi sangat tinggi (5 MeV). Pengamatan ini tidak dengan sendirinya tidak konsisten dengan asumsi sifat sinar gamma dari radiasi baru, tetapi interpretasi itu (hamburan Compton) memiliki masalah logis. Dari pertimbangan energi dan momentum, sinar gamma harus memiliki energi yang sangat tinggi (50 MeV) untuk menyebarkan proton masif. Joliot-Curie percaya bahwa radiasi yang mengenai target parafin pastilah foton gamma energi tinggi, tetapi Chadwick berpikir bahwa penjelasan itu tidak sesuai. Foton, yang tidak memiliki massa, tidak akan menjatuhkan partikel lepas seberat proton dari target, dia beralasan. Pada tahun 1932, ia mencoba eksperimen serupa sendiri, dan menjadi yakin bahwa radiasi yang dikeluarkan oleh berilium sebenarnya adalah partikel netral tentang massa proton. Dia juga mencoba target lain selain lilin parafin, termasuk helium, nitrogen, dan lithium, yang membantunya menentukan bahwa massa partikel baru hanya sedikit lebih besar daripada massa proton.

Chadwick juga mencatat bahwa karena neutron tidak memiliki muatan, mereka menembus lebih jauh ke dalam target daripada proton.

Diagram skematis percobaan Chadwick yang digunakan untuk menemukan neutron pada tahun 1932. Di sebelah kiri, sumber polonium digunakan untuk menyinari berilium dengan partikel alfa, yang menginduksi radiasi tak bermuatan. Ketika radiasi ini mengenai lilin parafin, proton dikeluarkan. Proton diamati menggunakan ruang ionisasi kecil.

Pada bulan Februari 1932, Chadwick menerbitkan sebuah makalah berjudul "Keberadaan Neutron yang Mungkin", di mana ia mengusulkan bahwa bukti lebih menyukai neutron daripada foton sinar gamma sebagai interpretasi yang benar dari radiasi misterius. . Kemudian beberapa bulan kemudian, pada Mei 1932, Chadwick menyerahkan makalah berjudul ”Keberadaan Neutron”.