В 1913 г. Н. Бор (1885-1962) опуб­ликовал серию статей «О строении атомов и молекул», открывших путь к атомной квантовой механике. При­мерно в это же время начались, как известно, первые трудности электро­магнитной концепции микромира. Уже квантовая механика несла в себе совершенно новые взгляды на мик­ропроцессы. Так, в основу многих уравнений квантовой механики вхо­дило значение массы микрочастиц, а открытие спина (от английского spin – вращение), т. е. собственного мо­мента количества движения, у элек­трона С. Гаудсмитом и Дж. Уленбеком (1925 г.) и выдвижение принци­па запрета В. Паули (1925г.) противо­речили существовавшим представле­ниям в физике. Но наиболее важной оказалась гипотеза нейтрино, выдвинутая в 1931 г. Паули с целью объяс­нения кажущихся аномалий в энер­гетическом распределении электро­нов, вылетающих при бета-распаде. Нейтрино было четвертой элемен­тарной частицей (после электрона, фотона и протона), с которой столкнулась физика того времени.

В. Паули предположил, что при бета-распаде из ядра вылетает не одна частица – электрон (как предполага­лось ранее), а две – электрон и час­тица, названная Паули нейтрино.

На основе опытов Дж. Аллена, выполненных 10 лет спустя, в 1942 г. было установлено, что нейтрино име­ет массу покоя, значительно мень­шую (1/30) массы электрона, и полностью лишено электрического за­ряда и магнитного момента.

Если природа трех ранее откры­тых элементарных частиц (электро­на, фотона и протона) могла считать­ся электромагнитной, то в отноше­нии нейтрино сказать это было почти невозможно. Однако до 1932 г. элек­тромагнитная теория господствова­ла. Решающим шагом в признании новой физической идеи стало откры­тие Чедвиком (1932 г.) пятой частицы - нейтрона.

История открытия нейтрона до­статочно поучительна. Еще в 1920 г. Резерфорд выдвинул предположение о существовании нейтральной час­тицы. В 1930 г. В. Боте и Г. Бекер сообщили о проникающем излуче­нии, появляющемся при бомбарди­ровке альфа-частицами ядер легких элементов. Особенно значительный эффект получался при бомбардиров­ке бериллия. В качестве детектора излучения был использован счетчик Гейгера. Боте и Бекер предположи­ли, что наблюдаемое излучение пред­ставляет собой поток гамма-квантов высокой энергии.

Почти одновременно с этими не­мецкими учеными Ирен и Фреде­рик Жолио-Кюри повторили их опыты, используя источник поло­ния большой активности. Детек­тором служила ионизационная ка­мера. Используя разные экраны, они убедились в «сверхпроникающей» способности исследуемого излучения. Помещая на пути пото­ка частиц экраны из водородсодержащих веществ (парафина в том числе), они ожидали, что поток уменьшится, но он даже увели­чился. Ученые пришли к выводу, что столкнулись с каким-то новым явлением. Продолжая опыты, они убедились, что излучение Боте-Бекера способно выбивать ядра из ато­мов водорода, гелия и азота. Они установили, что выбитые частицы приобретали значительную энергию и что в пространство излучаются элек­троны высоких энергий. Жолио-Кюри опубликовали результаты сво­их опытов и выяснилось, что энер­гия излучения Боте-Бекера гораздо больше энергии гамма-излучения.

В феврале 1932 г. ученик Резерфорда Дж. Чедвик после ознакомле­ния с результатами опытов Жолио-Кюри измерил с помощью электрон­ного оборудования, пропорционального усилителя, отдельные импуль­сы, возникающие при прохождении ядер и электронов через счетчик, и разделил их. Оборудование, которым пользовался Чедвик, было более со­вершенным, и результаты его опытов показали, что первоначальное пред­положение Боте и Бекера, а также И. и Ф. Жолио-Кюри об электро­магнитной природе сверхпроникающего излучения неверно.

Чедвик установил, что это излуче­ние состоит из электрически ней­тральных частиц с массой, пример­но равной массе ядра протона. Это были нейтроны.

Открытие нейтрона является ре­зультатом работы ученых трех стран: Германии, Франции и Англии. Исто­рия открытия нейтрона лишний раз иллюстрирует, что путь к высотам науки изобилует сложностями и весь­ма тернист.

Открытие нейтрона указало на су­ществование в природе нового типа сил – ядерных. Значение этого откры­тия для развития ядерной физики необычайно велико, оно позволило пре­одолеть трудности, стоявшие на пути познания строения ядра атома. Нейт­рон – это «золотой ключик», открыв­ший двери в ядерную энергетику.

Открытие нейтрона стимулирова­ло появление фундаментальных направлений науки, таких как физика атомного ядра, физика элементар­ных частиц. Впоследствии самостоя­тельной областью физики стала ней­тронная физика.

При этом следует отметить, что открытие нейтрона не было случайным, на его существование указы­вало много сопутствующих фактов, и потому его обнаружение – зако­номерное следствие знаменитых опытов Резерфорда 1919 г. по ис­кусственному расщеплению ядер альфа-частиц, работ Боте и Бекера, И. и Ф. Жолио-Кюри. Но обнаружил нейтрон Дхеймс Чедвик. Свое от­крытие Чедвик опубликовал в статье «Возможное существование нейтро­на», которую он направил в печать 17 февраля 1932 г.

Этот день по праву считается днем открытия нейтрона.

О гениальном английском физике Эрнесте Резерфорде (1871-1937) говорилось уже не раз, но в связи с открытием нейтрона Дж. Чедвиком, его учеником и со­трудником Кавендишской лаборато­рии, следует сказать о нем и о его вкладе в физическую науку.

Э. Резерфорд заложил основы уче­ния о радиоактивности и строении атома. Он первым осуществил искусственное превращение элементов, установил, что корпуску­лярное излучение состоит из альфа- и бета-лучей.

В 1903 г. совместно с Ф. Содди Резерфорд объяснил радиоактивность как спонтанный распад атома вещес­тва, при котором он меняет свое место в периодической системе эле­ментов. Резерфорд доказал, что в центре атомов существует массивное положительно заряженное ядро, он же предложил планетарную модель атома, в центре которого находится положительно заряженное ядро, а вокруг него по орбитам движутся отрицательно заряженные электро­ны. (Здесь хочется на­помнить о гениальных догадках древ­негреческих философов, которые указывали, что атомы непрерывно движутся.) За 12 лет до открытия нейтрона Резерфорд высказал предположение о существовании нейтральной час­тицы - нейтрона, и в 1932 г. оно подтвердилось.

В Кавендишской лаборатории Резерфорда работали и стажирова­лись молодые ученые из разных стран и в том числе и русские уче­ные П. Л. Капица, К. И. Синельников, А. И. Лейпунский, Ю. Б. Харитон.

Итак, 1932 год стал годом великих открытий в ядерной физике. В этом году возникла физика нового типа, имеющая дело со строением атомов и исследующая неизвестные до того времени силы и взаимодействия частиц в ядре атома. Три открытия 1932 г. считаются особенно важными для дальнейшего развития атомной и ядерной физики:

1. открытие нейтрона;

2. обнаружение позитрона К. Андерсоном в космических лучах. Это была первая открытая учеными ан­тичастица;

3. открытие американским хими­ком Г. Юри вместе с Ф. Брикведце и Г. Мерфи дейтерия – тяжелого водо­рода, стабильного изотопа водорода с массовым числом 2. При создании первой американской бомбы Юри руководил производством тяжелой воды (с дейтерием) и участвовал в работах по разделению изотопов ура­на.