宇宙（７４） 原子の正体（８）

原子核の中はどうなっているのか。

ラザフォードによって発見されて以来、　原子核についてわかっていたのは、　プラスの電気のかたまりということだけだった。　しかし１９１７年、　原子にアルファ粒子をぶつける研究をつづけていたラザフォードは再び重大な発見をした。　窒素原子にアルファ粒子をぶつけると、　その原子核から未知の粒子が飛び出したのだ。　この粒子は電子１個分のプラスの電気を帯びていた。　このことからラザフォードは、　この粒子を「陽子」と名づけ、　原子核は陽子の集まりと考えた。　原子が中性なのは、　陽子の数と電子の数が一致しているからである。　このときの陽子の数を「原子番号」と呼ぶ。

但しこれでは事実と矛盾する点もあった。　例えば、　ヘリウムは重さが水素の約４倍で、　原子核の電荷の大きさは水素の２倍である。　原子核を構成する陽子の数が４個では電荷が多過ぎるし、　２個では原子の重さを説明できない。　

この矛盾を解いたのがイギリスの原子物理学者ジェームズ・チャドウィック（１８９１～１９７４）である。　チャドウィックが目をつけたのは、　１９３０年頃に見つかっていた正体不明の「電気的に中性の粒子」である。　この粒子は、　ベリリウムの薄膜とパラフィン（ろうそくの材料）にアルファ粒子をぶつける実験で見つかった。　実験の結果からは、　アルファ粒子がベリリウムの薄膜から「電気的に中性の粒子」をたたき出していると推測された。　チャドウィックは粒子の速度等を計算し、　この粒子が陽子とほぼ同じ質量であることを突き止め、　これを「中性子」と名づけた（１９３２年発表）。　それは、　電子、　陽子に次ぐ、　原子を構成する３番目のメンバーだった。　チャドウィックによって、　原子核は陽子と中性子でできていることがわかった。　この二つの粒子はまとめて「核子」と呼ばれる。　水素の原子核は陽子一つ、　ヘリウムの原子核は陽子二つと中性子二つでできている。　従い、　ヘリウムの重さは水素の約４倍なのである。

●アルファ粒子が飛び出る。
ポロニウムという元素からは、　プラスの電気を帯びた、　強い放射線であるアルファ粒子が飛び出る。　その先に電気を帯びたものを感知するセンサーを置くと、　センサーが反応する。

●アルファ線はベリリウムで止まる。
センサーの手前に、　ベリリウムという金属の薄膜を置くと、　センサーは反応しなくなる。　アルファ粒子は、　ベリリウム薄膜で進行を妨げられたと考えられる。

●パラフィンから何かが出た。
パラフィン薄膜とセンサーの間に、　パラフィン（炭素と水素でできている）を置くと、　再びセンサーが反応する。　パラフィンから電気を帯びた何かが出ていると考えられる。

●原子核から「中性の粒子」が出ている。
アルファ粒子はベリリウム薄膜に当ると、　ベリリウム原子核と融合し、　炭素原子核になる。　このとき、　炭素原子核から「電気的に中性の粒子」が飛び出る。　この粒子は、　パラフィンにぶつかると、　炭素原子と水素原子の結合を切り、　その結果、　水素の原子核（陽子）が飛び出てセンサーに当る。　粒子は実際には見えないが、　実験結果を総合してチャドウィックはこのように考えた。　そして、　この電気的に中性な粒子「中性子」が、　

陽子とともに原子核を構成していると考えた。

―　－　－　つづく