Isi
- Bagaimana Chadwick Menemukan Neutron?
- Pentingnya Teori Atom Chadwick
- Kontribusi James Chadwicks untuk Bom Atom
- Neutron, Radioaktivitas, dan Lebih Jauh
Para ilmuwan hari ini membayangkan atom sebagai terdiri dari inti kecil, berat, bermuatan positif dikelilingi oleh awan yang sangat ringan, elektron bermuatan negatif. Model ini berasal dari tahun 1920-an, tetapi berasal dari Yunani kuno. Filsuf Democritus mengusulkan keberadaan atom sekitar 400 SM. Tidak ada yang benar-benar mengambil ide dengan semangat sampai fisikawan Inggris John Dalton memperkenalkan teori atomnya di awal 1800-an. Model Daltons tidak lengkap, tetapi pada dasarnya tetap tidak berubah sepanjang sebagian besar abad ke-19.
Sebuah kebingungan penelitian tentang model atom terjadi pada akhir abad ke-19 dan ke abad ke-20, yang memuncak dalam model atom Schrodinger, yang dikenal sebagai model awan. Segera setelah fisikawan Erwin Schrodinger memperkenalkannya pada tahun 1926, James Chadwick - fisikawan Inggris lainnya - menambahkan bagian penting pada gambar. Chadwick bertanggung jawab untuk menemukan keberadaan neutron, partikel netral yang berbagi inti dengan proton bermuatan positif.
Penemuan Chadwicks memaksa revisi model cloud, dan ilmuwan kadang-kadang menyebut versi revisi sebagai model atom James Chadwick. Penemuan itu memberi Chadwick Hadiah Nobel 1935 dalam fisika, dan itu memungkinkan pengembangan bom atom. Chadwick berpartisipasi dalam proyek super rahasia Manhattan, yang memuncak dalam penyebaran bom nuklir di Hiroshima dan Nagasaki. Bom itu berkontribusi pada penyerahan Jepang (banyak sejarawan percaya Jepang akan menyerah pula) dan akhir Perang Dunia II. Chadwick meninggal pada 1974.
Bagaimana Chadwick Menemukan Neutron?
J.J. Thompson menemukan elektron menggunakan tabung sinar katoda pada tahun 1890-an, dan fisikawan Inggris Ernest Rutherford, yang disebut bapak fisika nuklir, menemukan proton pada tahun 1919. Rutherford berspekulasi bahwa elektron dan proton dapat bergabung untuk menghasilkan partikel netral dengan kira-kira sama massa sebagai proton, dan para ilmuwan percaya bahwa partikel seperti itu ada karena beberapa alasan. Sebagai contoh, diketahui bahwa inti helium memiliki nomor atom 2 tetapi jumlah massa 4, yang berarti mengandung inti massa netral. Tidak ada yang pernah mengamati neutron atau membuktikan bahwa itu ada.
Chadwick khususnya tertarik pada percobaan yang dilakukan oleh Frédéric dan Irène Joliot-Curie, yang telah membombardir sampel berilium dengan radiasi alpha. Mereka mencatat bahwa pemboman menghasilkan radiasi yang tidak diketahui, dan ketika mereka membiarkannya menyerang sampel lilin parafin, mereka mengamati proton berenergi tinggi dilemparkan dari bahan tersebut.
Tidak puas dengan penjelasan bahwa radiasi itu terbuat dari foton berenergi tinggi, Chadwick menggandakan percobaan dan menyimpulkan bahwa radiasi harus terdiri dari partikel-partikel berat tanpa muatan. Dengan membombardir bahan-bahan lain, termasuk helium, nitrogen, dan lithium, Chadwick dapat menentukan bahwa massa setiap partikel sedikit lebih besar daripada proton.
Chadwick menerbitkan makalahnya "The Existence of a Neutron" pada Mei 1932. Pada 1934, para peneliti lain telah menentukan bahwa neutron sebenarnya adalah partikel elementer dan bukan kombinasi proton dan elektron.
Pentingnya Teori Atom Chadwick
Konsepsi modern atom mempertahankan sebagian besar karakteristik model planet yang didirikan oleh Rutherford, tetapi dengan modifikasi penting yang diperkenalkan oleh Chadwick dan fisikawan Denmark, Neils Bohr.
Itu Bohr yang memasukkan konsep orbit diskrit yang elektronnya terbatas. Dia mendasarkan ini pada prinsip-prinsip kuantum yang baru pada waktu itu tetapi yang telah ditetapkan sebagai realitas ilmiah. Menurut model Bohr, elektron menempati orbit terpisah, dan ketika mereka pindah ke orbit lain, mereka memancarkan atau menyerap tidak dalam jumlah terus menerus, tetapi dalam kumpulan energi, yang disebut kuanta.
Menggabungkan karya Bohr dan Chadwick, gambaran modern atom terlihat seperti ini: Sebagian besar atom adalah ruang kosong. Elektron bermuatan negatif mengorbit inti kecil tapi berat yang terdiri dari proton dan neutron. Karena teori kuantum, yang didasarkan pada prinsip ketidakpastian, menganggap elektron sebagai gelombang dan partikel, mereka tidak dapat ditempatkan secara definitif. Anda hanya dapat berbicara tentang kemungkinan elektron berada pada posisi tertentu, sehingga elektron membentuk awan probabilitas di sekitar nukleus.
Jumlah neutron dalam nukleus biasanya sama dengan jumlah proton, tetapi bisa berbeda. Atom suatu unsur yang memiliki jumlah neutron berbeda disebut isotop unsur itu. Sebagian besar elemen memiliki satu isotop atau lebih, dan beberapa elemen memiliki beberapa isotop. Timah, misalnya, memiliki 10 isotop stabil dan sedikitnya dua isotop yang tidak stabil, sehingga memberikan massa atom rata-rata yang berbeda secara signifikan dari dua kali jumlah atomnya. Jika penemuan neutron James Chadwicks tidak pernah terjadi, tidak mungkin untuk menjelaskan keberadaan isotop.
Kontribusi James Chadwicks untuk Bom Atom
Penemuan neutron oleh Chadwick mengarah langsung pada pengembangan bom atom. Karena neutron tidak memiliki muatan, mereka dapat menembus lebih dalam ke inti atom target daripada proton. Pengeboman neutron terhadap inti atom menjadi metode penting untuk mendapatkan informasi tentang karakteristik inti.
Namun, tidak butuh waktu lama bagi para ilmuwan untuk menemukan bahwa membombardir Uranium-235 super-berat dengan neutron adalah cara untuk memecah inti atom dan melepaskan sejumlah besar energi. Fisi uranium menghasilkan lebih banyak neutron berenergi tinggi yang memecah atom uranium lainnya, dan hasilnya adalah reaksi berantai yang tidak terkendali. Setelah ini diketahui, itu hanya masalah mengembangkan cara untuk memulai reaksi fisi pada permintaan dalam casing yang dapat dikirimkan. Fat Man dan Little Boy, bom yang menghancurkan Hiroshima dan Nagasaki, adalah hasil dari upaya perang rahasia yang dikenal sebagai Proyek Manhattan yang dilakukan untuk melakukan hal itu.
Neutron, Radioaktivitas, dan Lebih Jauh
Teori Atom Chadwick juga memungkinkan untuk memahami radioaktivitas. Beberapa mineral yang terjadi secara alami - serta yang buatan manusia - secara spontan memancarkan radiasi, dan alasannya berkaitan dengan jumlah relatif proton dan neutron dalam nukleus. Sebuah nukleus paling stabil ketika memiliki jumlah yang sama, dan menjadi tidak stabil ketika memiliki lebih dari satu daripada yang lain. Dalam upaya untuk mendapatkan kembali stabilitas, inti yang tidak stabil membuang energi dalam bentuk radiasi alfa, beta atau gamma. Radiasi alfa terdiri dari partikel-partikel berat, masing-masing terdiri dari dua proton dan dua neutron. Radiasi beta terdiri dari elektron dan radiasi gamma dari foton.
Sebagai bagian dari studi nuklei dan radioaktivitas, para ilmuwan telah membedah proton dan neutron lebih lanjut untuk menemukan bahwa mereka sendiri terdiri dari partikel-partikel kecil yang disebut quark. Gaya yang menyatukan proton dan neutron di dalam nukleus disebut gaya kuat, dan gaya yang menahan quark dikenal sebagai gaya warna. Gaya kuat adalah produk sampingan dari gaya warna, yang dengan sendirinya tergantung pada pertukaran gluon, yang merupakan jenis lain dari partikel elementer.
Pemahaman yang dimungkinkan oleh model atom James Chadwick telah membawa dunia ke era nuklir, tetapi pintu menuju dunia yang jauh lebih misterius dan rumit terbuka lebar. Sebagai contoh, para ilmuwan suatu hari nanti dapat membuktikan bahwa seluruh alam semesta, termasuk inti atom dan quark dari mana mereka dibuat, terdiri dari rangkaian energi bergetar yang sangat kecil. Apa pun yang mereka temukan, mereka akan melakukannya di pundak para perintis seperti Chadwick.