クイズ問題: 1932年、イギリスの物理学者チャドウィックが、アルファ粒子をベリリウムにぶつけた時に発見した素粒子は何でしょう?
答え: 中性子

関連するWikipedia記事の抜粋:
title: ベータ粒子
text: 1898年、アーネスト・ラザフォードが、天然ウランから2種類の放射線が出ていることを発見し、それぞれアルファ粒子、ベータ線と名付けた。ベータ線の正体である電子は1897年に、陽電子は1932年にそれぞれ発見された。
title: 加速器
text: α線の散乱実験などで業績のあったアーネスト・ラザフォードは、天然放射性物質から出るα線(エネルギー値 7.7MeV)を窒素原子核に当てることで窒素原子核が破壊されることを発見した(1919年)。これが最初の原子核の破壊実験であった。この発見から、荷電粒子(イオン、電子)に 7.7MeV 程度のエネルギーを持たせる電位をかけて加速し、対象となる原子核に当てる(原子核にエネルギーを与える)ことで人工的に原子核が破壊できるのではないかと考えられた。
title: ガイガー＝マースデンの実験
text: 1917年にラザフォードと助手のウィリアム・ケイは、気体の水素や窒素中のアルファ粒子の飛跡を検討した。ある実験では、アルファ粒子のビームを水素に当てると、水素原子核がビームの後方ではなく前方にはじき出された。アルファ粒子のビームを窒素に当てると、窒素原子核から水素原子核(つまり陽子)がはじき出された。
title: ヒッグス粒子
text: ヒッグス粒子(ヒッグスりゅうし、英語: Higgs boson ヒッグス・ボソン)とは、1964年にピーター・ヒッグスが提唱したヒッグス機構において要請される素粒子である。質量を与える粒子で、この粒子の場が空間に備わっているが、その場が空間を満たす以前(真空の相転移が起こる以前)は、全ての粒子が質量を持たず、そのため光速で飛び回っていた。
title: 中性子
text: 1914年にイギリスのラザフォードは、重い原子核ではα線を接近させてもクーロン力によって弾き返されてしまうが、軽い原子核では原子核かα粒子いずれかの破壊が起こるのではないかと考え、1917年から1919年にかけて、様々な条件下で空気に対してα線を当て、ZnSのシンチレーションを利用して破壊の影響で生ずる可能性のある粒子を発見しようと試みた結果、水素の原子核が発見された。この水素の原子核は、α線が空気中の窒素の原子核に当たった際に
title: 中性子
text: 中性子の発見は1920年のアーネスト・ラザフォードによる予想に始まり、その存在の実験的証明は1932年にケンブリッジ大学の物理学者ジェームズ・チャドウィックによってなされた。その実験とは、ベリリウムに高速のα粒子を当てる事で次の核反応
title: ラザフォード散乱
text: ラザフォード散乱(ラザフォードさんらん、英: Rutherford scattering)とは、クーロン相互作用による荷電粒子間の弾性散乱(英語版)を言う。1911年、アーネスト・ラザフォードにより説明された物理現象であり、ボーア模型の先駆けとなったラザフォードの惑星型原子模型の発展につながった。現在では、ラザフォード後方散乱分光という元素組成分析手法に利用されている。ラザフォード散乱は、静電気力(クーロン力)のみに依存し、粒子間の最接近距離はクーロンポテンシャルのみにより決定されるため、初めはクーロン散乱と呼ばれた。古典的なアルファ粒子の金原子核によるラザフォード散乱においては、散乱された後の粒子の持つエネルギーと速度が散乱前と変わらないので、「弾性散乱」の例といえる。
title: イレーヌ・ジョリオ＝キュリー
text: 1930年、ヴァルター・ボーテとヘルベルト・ベッカーは、ポロニウムから放出されるアルファ粒子がベリリウムと衝突すると、ベリリウムは非常に貫通度の高い放射線を出すと発表した。この論文を読んだイレーヌとフレデリックは、さっそくこの事実を実験により確かめ、そして、この放射線は水素を含む物体から陽子を追い出すと発表した。
title: ガイガー＝マースデンの実験
text: ガイガー=マースデンの実験 (ラザフォードの散乱実験とも呼ばれる) は、画期的な一連の実験であり、すべての原子には、正(プラス)に帯電しほとんどの質量が集中している原子核があることが発見された。このことは、アルファ粒子を金属箔に当てたときの散乱の様子から分かった。実験は1908年から1913年まで、マンチェスター大学の物理学研究室でアーネスト・ラザフォードの指導の下でハンス・ガイガーとアーネスト・マースデンによって行われた。
title: 原子核
text: ラザフォードは1914年に、重い原子核ではα線を接近させてもクーロン力によって弾き返されてしまうが、軽い原子核では原子核かα粒子いずれかの破壊が起こるのではないかと考え、1917年から1919年にかけて、様々な条件下で空気に対してα線を当て、ZnSのシンチレーションを利用して破壊の影響で生ずる可能性のある粒子を発見しようと試みた結果、水素の原子核、すなわち陽子を発見した。この水素の原子核は、α線が空気中の窒素の原子核に当たった際に
title: 電子
text: 反粒子に陽電子 (Positron) がある。陽電子はプラスの、電子と等しい電荷をもつ。1928年、ポール・ディラックが存在の仮説を立て、1932年にカール・デイヴィッド・アンダーソンが、霧箱を用いて観測、命名した。アンダーソンは、ポジトロンと対にするため、電子の正式な名称をエレクトロンからネガトロン (Negatron) に変更する運動を起こしたが、失敗に終わっている。
title: 深非弾性散乱
text: 20世紀初頭に行われたラザフォードの画期的な実験と同様のアイデアでクォークの検出を試みることができる。ラザフォードはアルファ粒子を金原子に照射することによって原子が小さく質量のほとんどを持ち、電荷を帯びた核をもつことを証明した。ほとんどのアルファ粒子はほとんどもしくは全く偏向されずに通過するが、一部が大きな偏向角を示したり、跳ね返されたりしたのである。このことは原子が内部構造を持ち、ほとんどが何もない空間であることを示唆した。
title: 電子ニュートリノ
text: パウリは当初この粒子をニュートロン(neutron)と名づけた。しかしジェームズ・チャドウィックが1932年により重い核粒子を発見して中性子(neutron)と名付けると、2つの別の粒子が同じ名前で呼ばれることとなった。ベータ崩壊の理論を発展させたエンリコ・フェルミは1934年にニュートリノという新しい言葉を作り、この問題を解決した。この言葉はイタリア語でneutronと同じ意味である。
title: 原子核反応
text: 他にも例えばラザフォードが1919年に発見した窒素14にアルファ線を当てると陽子を放出して酸素17になるという反応は
title: 連鎖反応 (核分裂)
text: レオ・シラードのアイデアは重たい原子核の核分裂を想定したものではなく、当初彼は、比較的軽い原子核における複雑な過程での実現可能性に注目していた。1936年にベリリウムとインジウムを用いて連鎖反応を起こすことを試みたが成功しなかった。オットー・ハーンによるウランの核分裂の発見を経て、1939年、シラード、エンリコ・フェルミ、フレデリック・ジョリオ=キュリーの3グループはウランの中で中性子数が増倍する現象を発見し、これによって連鎖反応が可能になることを示した。
title: エットーレ・マヨラナ
text: 1932年にイレーヌ・ジョリオ=キュリーとフレデリック・ジョリオにより行われた実験により、彼らが示唆した未知の粒子の存在がガンマ線であることが示された。マヨラナは中性電荷を持ち陽子とほぼ同じ質量を持つ新たな粒子(中性子)が必要であるとこの実験を正しく解釈した最初の人物である。フェルミはマヨラナに論文を書くよう勧めたが、マヨラナは気に留めなかった。そののち同じ年にジェームズ・チャドウィックが実験により中性子の存在を証明し、これによりノーベル賞を受賞した。
title: 陽電子
text: 1932年にカール・デイヴィッド・アンダーソンが、鉛板を入れた霧箱を用いてそのような性質を持つ粒子の観測に成功し、プラスの電荷を持っていることから「陽電子」(positron) と命名した。アンダーソンは、ポジトロンと対にするため、電子の正式な名称をエレクトロンからネガトロン (negatron) に変更する運動を起こしたが、失敗に終わっている。
title: リチウム
text: リチウムはまたアルファ粒子源としても利用される。Liが加速陽子と衝突することでBeとなり、Beはすぐに核分裂して2つのアルファ粒子となる。この反応は1932年にジョン・コッククロフトおよびアーネスト・ウォルトンによって行われた初の完全な人工原子核反応であり、この業績は当時「splitting the atom」と呼ばれた。
title: ジェームズ・チャドウィック
text: 中性子の発見により、1932年に王立協会からヒューズ・メダル、1935年にノーベル物理学賞、1950年にコプリ・メダル、1951年にフランクリン・メダルを受賞した。中性子の発見により遅い中性子を捕獲しその後ベータ崩壊することでウランよりも重い元素を生成することが可能になった。他の原子の原子核に存在する電気力により反発される正に帯電したアルファ粒子とは異なり、中性子はクーロン障壁を超える必要が無いため、ウランなどの重い元素でも原子核に入りこむことができる。これによりエンリコ・フェルミは原子核と低速中性子の衝突により起きる核反応を調査するようになり、この研究で1938年にノーベル賞を受賞した。
title: 原子模型
text: 1930年にα線をリチウム、ベリリウム、ホウ素に照射すると非常に透過力の高い放射線が出ることがW・ボーテとH・ベッカーによって発見された。1932年にチャドウィックはこの放射線の正体が陽子とほぼ同じ質量を持つ電気的に中性な粒子であることを示し、これを中性子と命名した。これを受けてハイゼンベルクは原子核が陽子と中性子からなるという現在のモデルを提唱した。
title: 反水素
text: 1932年、宇宙線の研究をしていたカール・アンダーソンにより、正の電荷を持つ電子、陽電子が発見される。
title: 核変換
text: 1919年、ラザフォードは窒素にアルファ粒子を照射することによって酸素に核変換(N + α → O + p. )することに成功した。これは核反応(ある物質の放射性崩壊により放出された粒子が他の原子核を変換する反応)を観測した世界初の出来事であった。
title: 反物質
text: 1932年、宇宙線の研究をしていた物理学者のアンダーソンにより正の電荷を持つ電子、陽電子が発見される。
title: 核分裂反応
text: 核分裂反応(かくぶんれつはんのう、英: nuclear fission)とは、原子核が分裂して同程度の大きさの原子核に分かれること。核分裂または原子核分裂ともいう。1938年に、オットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマンらが天然ウランに低速中性子(slow neutron)を照射し、反応生成物にバリウムの同位体を発見した。この結果をリーゼ・マイトナーとオットー・ロベルト・フリッシュらがウランの核分裂反応であると解釈し、fission(核分裂)の語を当てた。
title: 核融合エネルギー
text: 核融合により生成される中性子は,1933年にケンブリッジ大学のアーネスト・ラザフォードの研究員によって初めて検出された。この実験法はマーク・オリファントによって開発され、最大60万電子ボルトのエネルギーで陽子を標的に向かって加速するというものだった。キャベンディッシュ研究所はアメリカの物理化学者ギルバート・ルイスから数滴の重水を受け取り、加速器を用いて様々な標的に向け発射した。オリファントはラザフォードらと協力して、ヘリウム3(ヘリオン)とトリチウム(トリトン)の核を見つけた。
title: 光崩壊
text: この反応は陽子と中性子の質量の違いを測定するために、ジェームズ・チャドウィックとモーリス・ゴールドハバーに利用された。この実験によってアーネスト・ラザフォードが予測したように、中性子が陽子と電子の束縛系ではないことを証明した。
title: 中性子
text: それから10年後の1930年にドイツのW・ボーテとH・ベッカーは、ポロニウムから放出されるα線を、リチウム、ベリリウム、ホウ素などの軽元素に当てると非常に強い透過力をもった放射線(当時はまだベリリウム線と呼ばれていた)が放出される事を発見した。2人はベリリウム線の正体はγ線であると推測し、そのエネルギーは普通のγ線の大体2倍程度であると結論付けた。
title: 日本への原子爆弾投下
text: デンマークの理論物理学者ニールス・ボーアは、1939年2月7日、ウラン同位体の中でウラン235が低速中性子によって核分裂すると予言し、同年4月25日に核分裂の理論を米物理学会で発表した。この時点ではボーアは自分の発見が世界にもたらす影響の大きさに気づいていなかった。
title: ウラン
text: 元素としてのウランはドイツのマルティン・ハインリヒ・クラプロートが1789年に閃ウラン鉱から発見した。1781年にウィリアム・ハーシェルにより発見された天王星 (Uranus) が語源となっている。クラプロートは、閃ウラン鉱から分離した酸化物を炭素で還元して金属光沢を持つ黒色粉末を分離。この物質を金属ウランと発表したが、これは後に二酸化ウラン (UO2) だったと判明した。1841年にフランスのウジェーヌ=メルキオール・ペリゴー(フランス語版)が四塩化ウランをカリウムで還元することにより初めて金属単体として分離に成功し、1850年にはイギリスでもガラスの着色剤としての利用が始まった。
title: アルゴン
text: 1892年にレイリー卿(ジョン・ウィリアム・ストラット)が大気分析の過程で未知の気体に気づき、1894年にウィリアム・ラムゼーと共にその正体がアルゴンであることを突き止めた。
title: ヒッグス機構
text: ヒッグス機構(ヒッグスきこう、Higgs mechanism)とは、ピーター・ヒッグスが1964年に提唱した、ゲージ対称性の自発的破れと質量の生成に関する理論である。
title: ラザフォード散乱
text: ラザフォードはその後、アルファ線の水素原子核(陽子)による散乱時に起こる非弾性散乱も解析している。この現象はラザフォードにより初めて観測されたにもかかわらず、ラザフォード散乱とは呼ばれない。このような過程においては、非クーロン力が影響を持ちはじめる。このような力、そして軽い標的から散乱粒子が得るエネルギーが根本的に散乱結果を変化させ、これにより標的の情報が得られる。1960年代には、このような過程を用いる深部非弾性散乱法により原子核の内部が調査された。
title: 中性子
text: その翌年の1931年に、ジョリオ=キュリー夫妻(イレーヌと夫のフレデリック)は、パリのラジウム研究所において、このベリリウム線をパラフィンやセロファンなどの水素を含む物質にあてると、これから高速度の水素核すなわち陽子が飛び出す事を発見した。2人もやはりボーテとベッカーと同じくベリリウム線の正体はγ線であると考えていたが、実験から様々な矛盾が出て来た。その結果を受ける形で、同年、ケンブリッジ大学の Webster によって、ベリリウム線の放出がγ線の放出と全く異なる事が示された。
title: デイヴィソン＝ガーマーの実験
text: 1927年、ベル研究所でクリントン・デイヴィソンとレスター・ガーマーはターゲットの結晶ニッケルに対して動きの遅い電子を発射した。反射電子強度の角度依存性が測定され、X線に関してブラッグにより予測されたものと同じ回折パターンを有することが決定された。同じ時期にジョージ・パジェット・トムソンが独立に電子を発射し金属膜を通すことで回折パターンを生成し同じ効果を実証した。デイヴィソンとトムソンは1937年にノーベル物理学賞を共同受賞している。デイヴィソン=ガーマーの実験では物質が波のような振る舞いをするというド・ブロイの仮説を確認された。このことは、アーサー・コンプトン(1927年のノーベル物理学賞受賞者)により発見されたコンプトン効果とともに、量子論における基本段階である波動と粒子の二重性を確立した。
title: 霧箱
text: さらにアンダーソンは1935年、電子と陽子の中間の曲がり方をする飛跡を発見した。陽子の質量は電子の1800倍であるが、この粒子は電子の200倍の質量であった。この粒子は発見当初、湯川秀樹が予言した中間子であると考えられていたが、その後ミュー粒子(ミューオン)と判明した。
title: 陽子
text: 陽子は1918年にアーネスト・ラザフォードによって発見された。アルファ粒子を窒素ガスに打ち込むと、水素の原子核固有の反応が検出された。窒素ガスは密閉状態にあるため、水素は窒素から分離されたに違いなく、水素の原子核は窒素に含まれていると推測した。これから、当時水素の原子核は電荷が1でありそれ以上分割することができないとされていたため、最も基本的な物質の構成要素であると結論付けた。ラザフォードはこの物質をギリシャ語の最初を表すプロトス(protos)からプロトン(proton、英語発音: [ˈproutɑn])と名づけた。
title: 中性子
text: を起こし、ここで発生する粒子 n をパラフィンなどで受け、原子核と衝突させる事でさらに陽子を飛び出させ、この荷電粒子である陽子を検出するというものであった。チャドウィックは上記の核反応で発生する粒子(当時はまだベリリウム線と呼ばれていた)n が、陽子とほとんど同じ質量で中性(電荷を持たない)の新しい粒子からなる粒子線である事を確認し、これを中性子 (neutron) と名付けた。
title: 湯川秀樹
text: 京都府京都市出身。 原子核内部において、陽子や中性子を互いに結合させる強い相互作用の媒介となる中間子の存在を1935年に理論的に予言した。1947年、イギリスの物理学者セシル・パウエルが宇宙線の中からパイ中間子を発見したことにより、湯川の理論の正しさが証明され、これにより1949年(昭和24年)、日本人として初めてノーベル賞を受賞した。
title: 反中性子
text: 反中性子は、反陽子が発見された翌年の1956年に、ローレンス・バークレー国立研究所のベバトロンを用いた陽子-陽子衝突の実験を行っていた際に、ブルース・コークによって発見された。
title: ドイツの原子爆弾開発
text: 1938年1月に、ドイツの科学者オットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマンの論文により、ウラニウムの核分裂反応が発見された。彼らは、ウラン235の原子核に中性子を衝突させて分裂させることに成功した。
title: 核変換
text: 1932年には、ついに完全に人工的な核反応かつ核変換がラザフォードの同僚であるジョン・コッククロフトとアーネスト・ウォルトンによって達成された。彼らは陽子を人工的に加速し、リチウム7へ照射し、二つのアルファ粒子へ分裂させた。また同年、マーク・オリファントは二つの重水素を加速衝突させることでヘリウムを作り出す、人工的な核融合に成功した。
title: 核分裂反応
text: イギリスの物理学者ジェームズ・チャドウィックが1932年に中性子を発見した後、エンリコ・フェルミらは、1934年にウランに中性子を照射して生じた物質について研究を行った。 フェルミは、この実験で93個と94個の陽子を持つ新元素が生まれたと結論づけ、研究グループはそれぞれアウソニウムとヘスペリウムと名付けた。しかし、フェルミは「中性子照射によって生成された新しい放射性元素の存在を証明したこと、および低速中性子によって引き起こされる核反応を発見したこと」により、1938年にノーベル物理学賞を受賞することになるが、当時フェルミの分析結果に納得する人は少なかった。
title: 反水素
text: 1955年、エミリオ・セグレとオーウェン・チェンバレンにより、粒子加速器「ベヴァトロン」を用いて反陽子、即ち反水素原子核を発見。この実験では反中性子も発見されていた。
title: 反磁性
text: 1778年、ブルグマンスがビスマスとアンチモンが磁場に反発することを発見した。
title: ウィリアム・ラムゼー
text: ウィリアム・ラムゼー(William Ramsay, 1852年10月2日 – 1916年7月23日)は、スコットランド出身の化学者である。1904年に空気中の貴ガスの発見によりノーベル化学賞を受賞した。なお、同年のノーベル物理学賞は希ガスであるアルゴンを発見した功績によりジョン・ウィリアム・ストラット(レイリー卿)が受賞している。
title: White mini album
text: この現象はニコラ・テスラにより発見された。最初、厚い金属の標的中で高エネルギー電子が止められた際に観測されたことからこのように呼ばれている。制動放射は連続スペクトルを持つ。
title: 核兵器
text: 1930年代、中性子による原子核の分裂が連鎖的に行われれば、莫大なエネルギーが放出されると仮説が立てられていた。オットー・ハーンによるウランの核分裂の発見を経て、1939年、シラード、エンリコ・フェルミ、フレデリック・ジョリオ=キュリーの3グループはウランの中で中性子数が増倍する現象を発見し、これによって連鎖反応が可能になることを示した。それを受けて各国で原子炉の開発が開始された。
title: ニュートリノ
text: 1953年から1959年にかけて行われた フレデリック・ライネスとクライド・カワンの実験により、初めてニュートリノが観測された。この実験では、原子炉から生じたニュートリノビームを水に当て、水分子中の原子核とニュートリノが反応することにより生じる中性子と陽電子を観測することで、ニュートリノの存在を証明した。
title: ガイガー＝マースデンの実験
text: アルファ粒子は小さい正電荷粒子で、ウランやラジウムから自然に放出される。これは、1899年にラザフォード自身が発見した。1908年に、彼はその質量/電荷比の正確な測定を試みた。このためにはまず、サンプルのラジウムから何個のアルファ粒子が出ているのかを知る必要がある(その後で全体の電荷を測り粒子数で除算する)。アルファ粒子は小さすぎて顕微鏡では見えないが、この粒子が空気中の分子をイオン化するので、空気中に電場を作ればイオンが電流となることをラザフォードは知っていた。この原理にもとづいて、ラザフォードとガイガーは電極とガラス管から構成される単純なカウンターを作った。ガラス管を通り抜けるアルファ粒子はすべて、電気パルスとしてカウントできる。これはガイガー・カウンターの初期バージョンであった。
title: 物理学
text: 1911年に、ラザフォードの下で原子の研究が進展し、その時の散乱実験から、電荷を持つ物質を核とする原子像(ラザフォード模型)が提唱された。原子核を構成する正電荷の粒子は陽子と呼ばれる。電気的に中性な構成物質である中性子は1932年にチャドウィックによって発見された。
title: イレーヌ・ジョリオ＝キュリー
text: イレーヌとフレデリックは1933年、ポロニウムをアルミ箔のそばに置くと、アルミから陽電子と中性子が飛び出してくることを発見した。2人は1933年のソルベー会議でこの実験を発表したところ、リーゼ・マイトナーから、自分は同じ実験をしたが中性子は見つからなかったと反論された。当時から名の知られていたマイトナーからの反論は2人を落ち込ませたが、会議に参加していたニールス・ボーアらの励ましもあって、2人は実験を続けることにした
title: 中性子
text: これらの実験結果を総合して、同年に同じくケンブリッジ大学の物理学者ジェームズ・チャドウィックは、それら矛盾はベリリウム線をγ線と仮定している事に起因している事に気付き、これが陽子とほとんど同じ質量で中性(電荷を持たない)の新しい素粒子からなる粒子線である事を実験的に確認し、これを中性子 (neutron) と名付けた。
title: 核兵器の歴史
text: 1911年にアーネスト・ラザフォードによって行われた実験によって、原子のほとんどの質量は、原子核と呼ばれる原子の中心部に存在しているということ、原子は陽子という正の電化を持った粒子と、そのまわりを囲む電子を含むことが示された。1932年に、ジェームス・チャドウィックは、原子核にはもう一つの基本的な要素、中性子を含むことを発見した。 同年、ジョン・コッククロフトとアーネスト・ウォルトンは、原子を世界で初めて\"分割\"し、元素を別の元素に人工的に変換する実験を行なった。そして1933年、レオ・シラードは、中性子を用いた連鎖反応のアイデアを構想し、原子爆弾の理論的な可能性を提案した。シラードの取得した原子力の利用に関する特許は、1936年、秘密裏にイギリス海軍に譲渡された。実際に核兵器を開発したわけではないものの、このことをもってシラードを学術的な原子爆弾の父と呼ぶものも居る。
title: アーネスト・ラザフォード
text: マイケル・ファラデーと並び称される実験物理学の大家である。α線とβ線の発見、ラザフォード散乱による原子核の発見、原子核の人工変換などの業績により「原子物理学の父」と呼ばれる。
title: 加倉一馬
text: 粒子発見の年表(りゅうしはっけんのねんぴょう)は、1897年のジョセフ・ジョン・トムソンによる電子発見から、現代にいたる標準理論に含まれる素粒子を中心とした粒子の発見の歴史をまとめたものである。したがって、この表には陽電子などの反粒子、現在では複合粒子とされているバリオンや中間子なども含まれている。
title: イレーヌ・ジョリオ＝キュリー
text: 1934年1月、2人はアルミニウムの薄片にアルファ粒子を衝突させる実験において、アルファ粒子の発生源を取り去った後でも、引き続きガイガーカウンターが反応することを発見した。すなわち2人は初めて人工的に放射能を作りだしたことになる。2人は早速マリーに電話した。数時間後、マリーは証人役のランジュバンと共に実験室にやってきてこの現象を観察し、大いに喜んだ。
title: 量子力学
text: 1905年にアルベルト・アインシュタインは、プランクの用いた量子化の概念を用いて、電磁波に粒子としての性質があること(光量子仮説)を発表した。1923年にアーサー・コンプトンが電子によるX線の散乱においてコンプトン効果を発見したことで有力な証拠を得た(詳細は光量子仮説の項を参照)。
title: 粒子と波動の二重性
text: しかし20世紀になると新たな問題が持ち上がった。1905年のアインシュタインによる光電効果の実験などよって、光が粒子のような性質も持つことが示され、1923年のコンプトン散乱の発見によって確かなものになった。一方で、粒子だと考えられていた電子について、電子回折が予言された後、実験により確かめられ、電子が波動のような性質も持つことも示された。
title: 町
text: コンプトン波長は、元々は1922年にコンプトンが発見したコンプトン効果に登場する量である。X線を物質に照射したとき、散乱X線の波長が入射X線より長くなる。この波長の変化が元の波長や物質の種類には依存せず、散乱角にのみ依存する。散乱角が90度の時の波長の変化が元々のコンプトン波長である。波長の変化が最大となるのは散乱角が180度のときである。このコンプトン波長は電子と光子の非弾性散乱として解釈され、電子の質量を長さとして表したものである。このような歴史的経緯から単にコンプトン波長と言ったときは通常は電子のコンプトン波長を指すが、その他の粒子についても考えることができる。
title: 原子模型
text: 1908年から1910年にかけてと1913年の4度、ハンス・ガイガーとアーネスト・マースデンは金箔によるα線のラザフォード散乱を観察するガイガー=マースデンの実験をラザフォードの指導の下で行なった。最初の3回の実験結果から、ラザフォードは1911年に原子の中心にはプラスの電荷を持つ重い原子核が存在すると結論付けた。これにより、核-惑星モデルや土星型モデルのように原子核の周りを離れて電子が周回していることが判明した。
title: ベータ崩壊
text: これに対して、ニールス・ボーアは1934年に、ベータ崩壊のような原子核の内部の現象は原子スペクトルなどとは違って、もっと程度の高い本質的に新しい物理学の範囲に属するから、必ずしもエネルギー保存則は厳密にも成り立たなくても良いという仮説を提出し、パウリの新粒子説に反対した(エネルギー非保存仮説)。しかしながら、その後このボーアのエネルギー非保存仮説は、実験及び理論の両面からその矛盾が指摘され、結局パウリの新粒子説が優勢となった。そのパウリの新粒子はニュートリノ(neutrino;中性微子)と名付けられ、ベータ崩壊の理論(弱い相互作用の理論)建設の端緒となった。
title: プルトニウム238
text: Puは世界で初めて合成・発見されたプルトニウムの同位体である。Puは1940年12月に、グレン・シーボーグ、エドウィン・マクミラン、ジョセフ・ケネディー、アーサー・ワールらによって、カリフォルニア大学バークレー校にてUに重陽子を衝突させNpを合成し、それが半減期2.117日のベータ崩壊によってPuが生ずる事を最終的に1941年2月23日に確認した。
title: マギル大学
text: マギル大学は医学、化学の研究が有名で、1898年にアーネスト・ラザフォードはマギル大学でラザフォード散乱による原子核及びウランから二種類の放射線(α線とβ線)が出ていることを発見し、後にノーベル化学賞を受賞。同年、本校の教授となる。
title: アイアンマンのアーマー
text: その後1934年までキャベンディッシュ研究所にて、アーネスト・ラザフォードの下で研究した。1932年コックロフトと加速した陽子をリチウムなどの軽元素の原子核に衝突させて、ヘリウムの原子核に変換させることに成功した。最初の人工原子核反応である。
title: 原子模型
text: 原子核についての研究もほぼ同じ時期に進められた。1918年にラザフォードが窒素ガスにα線を当てると水素ガスが生成することを見出した。これは窒素原子が壊されて水素原子ができたためであり、窒素原子核の構成要素として水素原子核があるものと考えてこれを陽子と命名した。しかし原子核が陽子だけからなると考えると原子核の電荷と質量を同時に説明できない。そのため原子核の中には過剰の陽子の電荷を中和するだけの電子(核内電子)が存在していると考えられていた。
title: 物理学
text: 1895年にレントゲンがX線を発見し、1896年にはベクレルがウランの放射能を、1898年にはピエール・キュリーとマリ・キュリーがウランよりも強力な放射能を持つラジウムを発見した。これが核物理学の起こりとなった。
title: エドアルド・アマルディ
text: エドアルド・アマルディ(Edoardo Amaldi、1908年9月5日 – 1989年12月5日)は、イタリアの物理学者である。アマルディはエンリコ・フェルミとの会話の中で、より重い粒子である「中性子(neutron)」と区別するために「ニュートリノ(neutrino)」という語を造り出した。
title: MAUD委員会
text: 1939年1月のオットー・ハーンらによる実験と、リーゼ・マイトナーと甥のオットー・フリッシュ によるその理論的解釈によって、ウランの原子核が低速中性子照射により、日常的な化学結合のエネルギーの数億倍のエネルギーを伴って分裂するという新たな現象を引き起こすことが示された。 この核分裂の発見という驚くべきニュースを受けて、3月にはエンリコ・フェルミ、レオ・シラード、フレデリック・ジョリオ=キュリーの3グループがウランの核分裂にともなって複数の高速な二次中性子が放出されることを相次いで確認した。 これは、ウランが連鎖反応を起こす可能性、すなわち二次中性子が指数関数的に増大しながら核分裂を連鎖的に引き起こし、条件次第ではすさまじい爆発を起こすという可能性を示していた。
title: ジョン・コッククロフト
text: サー・ジョン・コッククロフト(Sir John Douglas Cockcroft、1897年5月27日 - 1967年9月18日)は、イギリスの物理学者である。原子核に陽子を衝突させることにより、核変換を初めて実現した。1951年アーネスト・ウォルトンとノーベル物理学賞を受賞した。
title: トリプルアルファ反応
text: トリプルアルファ反応(トリプルアルファはんのう、triple-alpha process)とは、3個のヘリウム4の原子核(アルファ粒子)が結合して炭素12の原子核に変換される核融合反応の1つである。
title: トムソン散乱
text: トムソン散乱(トムソンさんらん、英: Thomson scattering)とは、ニュートン力学的に考察する事の出来る束縛を受けていない自由な荷電粒子による、古典的な電磁波の散乱で、弾性散乱の一種である。イギリスの物理学者であるJ. J. トムソンが、1個の電子に対して一定の方向から光が当たる時、どの方向にどれだけ光が散乱されるかを算定した事に因んで名付けられた。
title: 深非弾性散乱
text: 深非弾性散乱(しんひだんせいさんらん 英: Deep inelastic scattering)はハドロン(特に陽子や中性子などのバリオン)の内部を電子やミュー粒子、ニュートリノにより調査するために用いられる過程である。その当時は純粋に数学的な現象であると考える者も多かった、クォークが実在することの最初の決定的証拠をもたらした。最初の試みは1960年代から1970年代にかけてであり、ラザフォード散乱を非常に高いエネルギーに拡張した過程と考えることができ、そのため核子の構成要素をより細かい分解能で調べることができる。深部非弾性散乱とも。
title: K中間子
text: K中間子(ケーちゅうかんし、英: Kaon、ケーオン)は、1947年にジョージ・ロチェスターとクリフォード・バトラーにより宇宙線の中から発見された中間子の一つ。霧箱の中でV字の飛跡を残す「奇妙な粒子」として発見された。1964年には中性K中間子の崩壊過程でCP対称性の破れが初めて観測され、この業績でジェイムズ・クローニンとヴァル・フィッチは1980年のノーベル物理学賞を受賞した。
title: リーゼ・マイトナー
text: マイトナーが核分裂の発見に深くかかわったきっかけは、先述のようにフェルミの論文であった。フェルミの研究は、さまざまな原子に中性子を当てることによって、人工的に放射能を作りだすというものである。フェルミは、当時知られていた最も原子量の大きい元素であるウラン(原子番号92)に対してもこの実験を行った。そうして作りだされた放射能の性質は、今までに観測されたどの元素とも異なっていた。そのためフェルミは、この実験によって原子番号93の新たな元素が生み出されたのではないかと考えた。
title: チューブ・アロイズ
text: ドイツのオットー・ハーンとスウェーデンに亡命していたリーゼ・マイトナーは1938年にウラニウムにおける核分裂を報告した。 1939年パリのコレージュ・ド・フランスの科学者のグループ、フレデリック・ジョリオ=キュリー、ハンス・フォン・ハルバン、レフ・コワルスキー、フランシス・ペランはウランの原子核で発生する核分裂を発表し、2つか3つの中性子が必要であることを示した。この重要な発見は自然と維持される連鎖反応が可能であると言うことを示していた。これは即座に多数の科学者に、非常に強力な爆弾「原子爆弾」が理論的に作成可能であることを想像させた。しかし、ほとんどの科学者はその様な原理的な爆弾は不可能であると考えていた。
title: 電子ニュートリノ
text: 1900年代初め、理論によりベータ崩壊によって特定のエネルギーを持った電子が放出されると予測された。しかし1914年、ジェームズ・チャドウィックは連続したスペクトルを持つことを示した。
title: 霧箱
text: 1932年、カール・デイヴィッド・アンダーソンは、磁場中で霧箱の観測をしていると、電子と同じ質量で反対の向きに曲がる飛跡を発見した。これはポール・ディラックが予言していた陽電子を立証するものであった。この発見がきっかけでディラックは翌1933年にノーベル賞を受賞し、アンダーソンも1936年にノーベル賞を受賞した。
title: 対生成
text: 1930年、ポール・ディラックが2年前に発表したディラック方程式の解として予言し、1932年、カール・デイヴィッド・アンダーソンの電子対生成発見により立証された。その後加速器実験により、各中間子やミュー粒子、陽子についても観測されている。
title: オメガ粒子
text: オメガ粒子(オメガ(Ω)りゅうし)とは、素粒子物理学においてバリオンに分類されるハドロンの一種である。3つのクォークによって構成される複合粒子である。オメガ(ω)中間子とは異なる。
title: メスバウアー効果
text: 1958年に当時博士課程の学生であったルドルフ・メスバウアーは、ガンマ線の放射線源であるイリジウム191を結晶中に束縛させてさらに冷却することで(単一の原子核の質量を結晶格子に対する大きな有効質量に置き換えて)、原子核の反跳効果そのものを実質的に無くして、原子間の共鳴吸収現象を発生させることに成功した。
title: ガイガー＝マースデンの実験
text: アルファ粒子は、顕微鏡では見えない正電荷の粒子である。トムソンの模型では、アルファ粒子が原子と衝突すると、最大何十分の1度か曲がるだけでまっすぐ通り抜ける。原子のスケールでは「固体」であることに意味はない。アルファ粒子は原子に当たっても、ビー玉のように跳ね返ることはない。トムソンの模型では原子のつくる電場がはたらくとされるが、それは弱いのでたいした影響は受けない(アルファ粒子は非常に高速で移動する)。トムソン模型では、正電荷も負電荷も、原子の全体に拡がっている。クーロンの法則によれば、電荷が分散していれば、その表面での電場は弱くなる。
title: ミュー粒子
text: 発見当初はその質量が湯川秀樹によって提唱された核力を媒介する粒子である中間子と非常に近かったため、ミュー中間子と呼ばれていた。しかし、ミュー粒子は核力を媒介しないことが分かり、中間子の性質を持たないことが判明した。1942年、坂田昌一、谷川安孝および井上健は、中間子とミュー粒子は別種であり、中間子はミュー粒子より重く、中間子が自然崩壊してミュー粒子に変化するという二中間子説を提唱した。1947年、セシル・パウエルらによりパイ中間子が発見されたことで湯川の中間子説および二中間子説が正しいことが証明され、ミュー粒子は電子と類似した性質を持つレプトンの一種として分類された。この時に、核力による強い相互作用をしない素粒子としてレプトンという名称と概念が導入された。
title: ミュー粒子
text: ミュー粒子は、1936年にカール・アンダーソンとセス・ネッダーマイヤーによって宇宙線の中に観測された。粒子が霧箱の中で描く曲飛跡から、電子と同じ電荷だが電子より重い新粒子であると推定された。1937年には、日本の理化学研究所の仁科芳雄のグループ(仁科芳雄、竹内柾、一宮虎雄)およびストリート(J.C. Street)とスティヴンソン(E.C. Stevenson)らが独立に、ウィルソン霧箱実験によって新粒子の飛跡を捉えた 。論文投稿の順番は、ネッダーマイヤーとアンダーソンが1937年3月30日、理研組が8月28日、そしてストリートとスティヴンソンが10月6日である。翌年、仁科らは飛跡の曲率から、ミュー粒子の質量を電子の(180±20)倍という精度で決定した。これは現在知られているミュー粒子の質量と一致している。
title: 核兵器の歴史
text: 1938年の12月、ドイツ人化学者のオットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマンはウランへ中性子を照射した後、ウランよりも原子量の小さいバリウムが発見されたと科学雑誌に発表した。 同時に、二人はスウェーデンで働く物理学者のリーゼ・マイトナーにこの結果を手紙で相談した。マイトナーとその甥オットー・ロベルト・フリッシュは、すぐにこの結果が、核分裂 (このときはそうは呼ばれていなかったが) によるものだと解釈した。 1939年1月13日に、フリッシュはこれを実験で確かめている。 この実験の見学希望者の中に、ウィリアム・A・アーノルドというアイルランド系アメリカ人生物学者がおり、彼の言葉からバクテリアの細胞分裂になぞらえてこの現象を\"分裂 (fission) \"と名付けたという。
title: フェルミ相互作用
text: 1930年、ヴォルフガング・パウリはベータ崩壊に関わる中性粒子(後のニュートリノ)の存在を提唱した。これを受けて、エンリコ・フェルミはベータ崩壊を4種類の粒子が1点で相互作用する過程とする理論を構築した。
title: サイクロトロン
text: 1939年、ジョセフ・ロートブラットがイギリスへ渡り、リヴァプール大学でサイクロトロンの研究に関わった。1940年、エドウィン・マクミランがサイクロトロンを用いて超ウラン元素であるネプツニウムを発見した。1945年、マクミランはサイクロトロンより高エネルギーにまでイオンを加速できるシンクロトロンの着想を得た。
title: 反ニュートリノ
text: 反ニュートリノ(Antineutrino)は、ベータ崩壊の際に生成する中性の粒子で、ニュートリノに対する反粒子である。1930年にヴォルフガング・パウリによって理論的に予測され、1956年にフレデリック・ライネスとクライド・カワンによって最初に検出された。中性子が陽子に崩壊するベータ崩壊の過程で放出される。スピンは1/2で、レプトンファミリーの1つである。これまでに観測された反ニュートリノは全て右回りのヘリシティーを持つ。反ニュートリノは重力相互作用と弱い相互作用によってのみ、他の物質と反応するため、実験的に検出することは大変困難である。ニュートリノ振動の実験により、反ニュートリノは質量を持つことが示唆されたが、ベータ崩壊の実験により、その質量はかなり小さいことが分かっている。
title: オットー・ロベルト・フリッシュ
text: 1938年のクリスマス休暇中、スウェーデンのクングエルブ (Kungälv) にあるマイトナーの元を訪れた。訪問中、マイトナーは、ベルリンからのオットー・ハーンとフリッツ・シュトラスマンからの手紙を受け取った。そこには、ウランの原子核に中性子を衝突させると、副産物としてバリウムが発見されたと書かれていた。ハーンらはこの結果を説明することはできなかった。フリッシュとマイトナーは、仮にウランの原子核が2つに分かれることがあるのならば、この現象が説明でき、その時にエネルギーが生み出されることを示した。このすぐ後に、スタニスワフ・ウラムは、核分裂は連鎖反応を引き起こし得ることを証明した。
title: 長岡半太郎
text: 長岡のモデルにおいては、中心に重くて電荷の大きい核があり、その周りに数千~数万個の電子が回っていると仮定をすることで、原子はある程度の安定性を得られたが、最終的には電子が電磁波を放射してエネルギーを失って核と合体してしまう懸念点があり、当初はあまり注目されなかった。また原子のスペクトル線を説明できるとしたが、実験とは上手く合わなかった。 しかし1911年、アーネスト・ラザフォードがα線の散乱実験を行い、原子核を発見(→ラザフォード散乱)。この実験結果に基づいてラザフォードの原子模型を発表した。これは原子核があり、その周りを電子が回っているという点は、長岡の土星模型と似たものであった。
title: アルファ粒子
text: アルファ粒子(アルファりゅうし、α粒子、英: alpha particle)は、高い運動エネルギーを持つヘリウム4の原子核である。陽子2個と中性子2個からなる。放射線の一種のアルファ線(アルファせん、α線、英: alpha ray)は、アルファ粒子の流れである。
title: ミューオン触媒核融合
text: ミューオン触媒核融合(ミューオンしょくばいかくゆうごう、Muon-catalyzed fusion)とは、ミュー粒子(μ、負の電荷を持ち負ミューオンとも呼ばれる)が媒介となって起きる、水素およびその同位体(重水素、三重水素)間での核融合反応のこと。
title: セス・ネッダーマイヤー
text: なおミュー粒子は発見当時、電子のほぼ200倍の質量を持つ粒子として報じられた。アンダーソンらが発見した粒子を新たな中間子(ミュー粒子)と裏付けた人物は日本の物理学者湯川秀樹やアメリカの物理学者ロバート・オッペンハイマー、スイスの物理学者エルンスト・シュテュッケルベルクによって確認された。
title: 核兵器の歴史
text: 1934年、マリ・キュリーの娘イレーヌ・ジョリオ=キュリーとその夫フレデリックは、アルミニウムへα線を照射することによって、人工放射性同位元素の製造に成功し、翌年二人はノーベル賞を得た。また同年、イタリア人物理学者のエンリコ・フェルミは中性子をウランへ照射することで、同様に放射性同位体が得られることを雑誌のネイチャーで報告している。
title: フロギストン説
text: ハットンの考えるフロギストンは、プリーストリーらの考える「マイナスの酸素」という意味でのフロギストンとは異なり、光や熱を説明するためのものであった。たとえば、キャヴェンディッシュによる水の生成の実験において、多量の光が発生するが、ハットンによればこのときフロギストンが外部へと放出される。この実験においては燃焼の前後で重さは変わらなかったので、フロギストンは重さをもたないことになる。
title: フェルミウム
text: フェルミウムは、1952年11月1日に行われた最初の成功した水素爆弾実験アイビー作戦(アイビー・マイク)で発生した放射性降下物の中から発見された。当初の塵の分析では、ウラン238が6個の中性子を吸収し、その後2回ベータ崩壊した時にのみ生成しうるプルトニウムの新しい同位体であるプルトニウム244が検出された。当時は、重い原子核が中性子を吸収するのは珍しい過程だと考えられていたが、プルトニウム244の検出により、さらに多くの中性子がウラン原子核に吸収される可能性が表れ、新しい元素の発見につながった。
title: 元素
text: アルファ崩壊発見などで業績を残したアーネスト・ラザフォードは原子核を発見し、1911年にラザフォードの原子模型を提唱した。これにニールス・ボーアは量子仮説を加えてボーアの原子模型を発表した。これによって基本的な原子の構造や周期律が生じる理由などが説明され、元素は原子という構造を持つ物質として知られるようになり、その研究は化学から物理学の素粒子物理学分野へと発展していった。
title: ジェームズ・チャドウィック
text: 1928年にケンブリッジで行われたベータ粒子とガンマ線に関する会議において、ガイガーと再会した。ガイガーは彼のポスドク学生ヴァルター・ミュラーにより改良されたガイガーカウンターの新たなモデルをチャドウィックに持ってきた。チャドウィックは戦争以来使っておらず、新たなガイガーミュラーカウンターはケンブリッジで使っている、観察のときに人の目頼みのシンチレーション技術を大幅に改善する可能性があった。これの主な欠点は、アルファ、ベータ、ガンマ線やラジウムを検出するところであった。ラジウムはキャベンディッシュ研究所で普通に使っており3つ全てが放射されていたためチャドウィックが考えていたものには適さなかった。しかし、ポロニウムはアルファ放射体であり、リーゼ・マイトナーがチャドウィックにドイツから約2ミリキュリー(約6990500000000000000♠0.5 μg)を送った。
title: 輝門
text: 1904年のトムソンのモデルは、1909年のガイガー=マースデンの実験で反証(ラザフォード散乱)が示され、1911年にアーネスト・ラザフォードがその解釈をする過程で否定された。すなわち、原子には非常に小さな核となる部分があり、そこに正の電荷が集中していることがわかった(金の場合、電子約100個に対応する正の電荷があることが判明した)。これによりラザフォードの原子模型が新たに提唱された。1913年、ヘンリー・モーズリーが原子核の電荷と原子番号が非常に近いことを示し、Antonius Van den Broek が原子番号は原子核の電荷と等しいということを示唆した。同年、ボーアの原子模型が提唱され、原子番号と等しい正の電荷を持つ原子核の周りをそれと同じ個数の電子が球状の軌道殻上で運動しているという原子模型が確立された。
title: クォーク星
text: 1933年、フリッツ・ツビッキーとウォルター・バーデが中性子星のモデルを初めて提唱した当時、中性子はこれ以上壊すことのできない基本粒子と考えられていた。しかし、その後クォークが発見されクォーク星が存在すると推測されてきた。
title: ガイガー＝マースデンの実験
text: アーネスト・ラザフォードはマンチェスター大学の物理学教授であり、放射線の研究ではすでに名声を確立していた。彼はアルファ線、ベータ線、ガンマ線を発見し、それらは放射性崩壊の結果であると証明していた。彼は1906年に訪ねてきたハンス・ガイガーというドイツ人に感心し、そのまま留まらせて研究の手助けをさせていた。また、アーネスト・マースデンはガイガーの下で物理学を学んでいだ学生であった。