带正电荷的粒子

带正电荷的粒子

无论在何处，核都占有原子99.945%—99.975%的质量。因此，研究核就变得非常重要了。的确，你也许会说，核几乎就是“真正的”原子。19世纪的人们想象中的原子基本上是没有东西的空间；或者至少是充满了不存在实体的粒子或电子波的空间。而留基伯和德谟克利特最初想象的那种微小的、球状的、实心的、不能再小的物质可能就是核。

不管核的质量如何，它的尺寸是很微小的，其直径仅为原子的1/100 000。根据这一点就可以认为它就是像电子那么大的亚原子粒子。

核必须携带正电荷；所带电荷的多少应足以与通常在某特定原子中出现的所有电子携带的总电荷中和。然而，这种带正电荷的亚原子粒子的历史并不是从卢瑟福开始的。

曾经给阴极射线命名的戈尔德施泰因，他的兴趣在于设法找到向相反方向进行的辐射的踪迹。他未能探测到这类从阳极发出的辐射。1886年，他想到要发明一种阴极，这种阴极本身就允许辐射向另一个方向进行。他想通过使用一个被穿过孔并带有一些小洞（或“通道”)的阴极来达到这一目的。他将这种阴极密封在一个抽成真空的管子中央，并使电流强行穿过，这时就形成了阴极射线。不管怎样，在阴极附近也产生了带正电荷的辐射，这种辐射能穿过通道，向相反方向运动。

这与戈尔德施泰因观测到的结果完全相同。他把这种新的辐射称为Kanalstrahlen（德语)，意思是“通道射线”。然而，该词在译成英语时被错译成了“canal rays”（极隧射线，即阳极射线)。

1895年，佩兰将一个物体放在极隧射线通过的地方，在该物体上积聚了一些这种射线，结果表明该物体通过这种方法获得了正电荷。因此，1907年，J·J·汤姆孙提出把极隧射线叫做正射线。

1898年，维恩将这种射线放入磁场和电场中。他发现，组成正射线的粒子要比电子重得多。实际上，它们简直就和原子一样重。此外，正射线粒子的质量取决于残留在真空管中的微量气体的种类。如果残留的是氢气，那么正射线粒子的质量等于氢原子的质量；如果是氧气，那就等于氧原子的质量，以此类推。

一旦接受了卢瑟福的核原子基本理论，立即就能明白正射线粒子是什么了。组成阴极射线的高速电子撞击游离在阴极射线管中的各种原子——氢、氧、氮或其他任一种原子。电子的质量不足以对原子核产生扰动，而且在一般情况下很难击中它们。然而，它们却能击中电子，并将电子撞离原子。原子失去它们的电子后就成了带正电荷的核，并且会朝着与阴极射线粒子运动方向相反的方向移动。

早在1903年，卢瑟福就已经认识到，α粒子的性质与正射线粒子非常相似。到1908年，他已十分肯定，α粒子的质量刚好与氦原子相等。他总觉得α粒子与氦之间肯定存在着一些联系，因为在铀矿石中总在不断地产生α粒子，同时也似乎总是包含少量的氦。

1909年，卢瑟福在一个双层壁的玻璃容器中放置了一些放射性材料。容器的内层玻璃壁很薄，但外层玻璃壁则相当厚。两层玻璃壁之间抽成真空。

由放射性物质放出的α粒子能穿过薄薄的内壁，但不能穿过很厚的外壁。因此，α粒子就会被收集在两层壁之间的空间内。几天之后，两层壁之间聚集的粒子已达到试验所需的量；这时进行试验即可检测到氦。显然，α粒子就是氦核。其他正射线就是其他原子的核。

正射线粒子与电子的差别之一是：所有的电子都具有相同的质量和相同的电荷；而正射线粒子却具有不同的质量和电荷。不用说，物理学家们都急于知道，他们是否能通过某种方法将正射线粒子分得更小，也许会存在一种不比电子大的极小的正粒子。

卢瑟福就是这些寻找这种微小的“正电子”的人中的一个，但是他没有找到。他所能发现的最小的带正电荷的粒子，其重量与氢原子相同，那肯定是氢核。1914年，卢瑟福断定，这种粒子一定是能够存在的最小带正电荷的粒子。它所具有的电荷恰好等于电子所带的电荷（是正的，而不是负的)，而它的质量，我们现在已经知道，等于电子质量的1 836.11倍。

卢瑟福把这种最小的正射线粒子称为质子（proton，源自希腊语中“第一”这个单词)，理由是，当这些粒子按质量递增的顺序排列时，质子处在第一位。