“ఒక పలుచని కాగితంపై పదిహేను అంగుళాల ఫిరంగి గుండు పేల్చితే, అది వెనక్కి వచ్చి మనకే తగిలినంత ఆశ్చర్యమేసింది.”
— ఎర్నెస్ట్‌ రూథర్ఫర్డ్
నోబెల్ తర్వాత?
1986లో You and Your Research అన్న ప్రసిద్ధ ఉపన్యాసంలో కంప్యూటర్ శాస్త్రవేత్త రిచర్డ్‌ హామింగ్‌ (Richard Hamming) ఒక ఆసక్తికరమైన మాట అన్నాడు: “When you are famous it is hard to work on small problems (పేరు ప్రతిష్ఠలు వచ్చాక చిన్న సమస్యల మీద పనిచేయడం కష్టం).”
రూథర్ఫర్డ్ ఇందుకు ఒక స్ఫూర్తిదాయకమైన మినహాయింపు.
మూలకాల రూపాంతరం, రేడియోధార్మిక పదార్థాలపై చేసిన పరిశోధనలకు అతనికి 1908 రసాయనశాస్త్ర నోబెల్ బహుమతి వచ్చింది. అంతటితో ఆగిపోయినా విజ్ఞానశాస్త్ర చరిత్రలో అతని పేరు నిలిచిపోయేది. కానీ పరమాణువు గురించి మన ఆలోచననే మార్చేసిన అతని గొప్ప ఆవిష్కరణ ఇంకా ముందుంది.
పైగా ఈ పరిశోధన “పరమాణువు రహస్యాన్ని ఛేదిద్దాం” అన్న లక్ష్యంతో మొదలుకాలేదు. రూథర్ఫర్డ్ అప్పటికే ఆల్ఫా కణాల స్వభావం, వాటి లక్షణాలు, వాటిని కచ్చితంగా కొలిచే పద్ధతుల మీద పనిచేస్తున్నాడు. ఆ కొలతల్లో మొదట కనిపించిన ఒక సాంకేతిక చిక్కు (ఆల్ఫా కణాల చెదరింపు), క్రమంగా వేరే భౌతిక ప్రశ్నగా అతని ముందుకొచ్చింది. హామింగ్‌ చెప్పిన మరో భావన ఇక్కడ బాగా సరిపోతుంది: మొదట లోపంలా కనిపించినదే, దృష్టికోణం మార్చితే గొప్ప అవకాశంగా మారవచ్చు. రూథర్ఫర్డ్ కథలో ఆల్ఫా కణాల చెదరింపు అచ్చం అలాంటిదే.
చిన్నప్పుడు బడిలో చదువుకున్న పాఠం చాలా సులభంగా తేలిపోతుంది: బంగారు రేకుపై ఆల్ఫా కణాలు పంపారు, కొన్ని వెనక్కి తిరిగాయి, పరమాణు కేంద్రకం బయటపడింది. కానీ ఆ ఒక్క వాక్యం వెనుక ఉన్న అసలైన ఉత్కంఠ, చీకటి గదుల్లో కళ్లు కాయలు కాచేలా పరిశోధకులు పడిన శ్రమ పాఠ్యపుస్తకాల్లో ఎక్కడా కనిపించవు. ఆ పొడి సమాచారం వెనుక దాగి ఉన్న అసలైన కథను, ఆ పరిశోధన సాగిన సాగిన తీరును పరిచయం చేయడమే ఈ వ్యాసం లక్ష్యం.
పరమాణువు లోపల ఏముంది?
బడిలో చదువుకున్న పరమాణువు బొమ్మ మనకు బాగా పరిచయం: మధ్యలో కేంద్రకం, దాని చుట్టూ ఎలక్ట్రాన్లు. ఇప్పుడు చూస్తే పరమాణువు ఎప్పటినుంచో ఇలాగే తెలిసినట్టనిపిస్తుంది.
కానీ పందొమ్మిదో శతాబ్దం చివరివరకు పరమాణువు లోపల ఏదో నిర్మాణం ఉంటుందనడానికి స్పష్టమైన ప్రయోగ ఆధారం ఏదీ లేదు. 1897లో జె. జె. థామ్సన్ ఎలక్ట్రాన్‌ను కనుగొనడంతో పరిస్థితి మారింది. పరమాణువు విడదీయరాని అంతిమ కణమేమీ కాదని అర్థమయింది.
దాంతో కొత్త ప్రశ్నలు మొదలయ్యాయి: ఒక పరమాణువులో ఎన్ని ఎలక్ట్రాన్లు ఉంటాయి? వాటి రుణావేశాన్ని సమం చేసే ధనావేశం ఎక్కడ, ఎలా విస్తరించి ఉంది? పరమాణువు ద్రవ్యరాశి అసలు దేనిలో ఉంది? ఇవన్నీ లోపల ఎలా అమరి ఉన్నాయి?
ఇరవయ్యో శతాబ్దం మొదట్లో వచ్చిన వివిధ పరమాణు నమూనాలు ఈ ప్రశ్నలకు వేర్వేరు సమాధానాలు ఇచ్చాయి.
పరమాణు నిర్మాణంపై నాటి ఊహలు
అప్పట్లో పరమాణువు లోపల ఏముందో, అది ఎలా అమరి ఉందో నేరుగా తెలిపే ప్రయోగ పద్ధతి లేదు. ఒక్కో ప్రయోగం ఒక్కో సంకేతం ఇస్తుంటే, వాటన్నిటినీ కలిపి అర్థం చేసుకోవడానికి శాస్త్రవేత్తలు వేర్వేరు నమూనాలను ప్రతిపాదించారు. ఒకే ప్రయోగ ఫలితాలకు కూడా వేర్వేరు వ్యాఖ్యానాలు సాధ్యమవడంతో, ఇరవయ్యో శతాబ్దం మొదట్లో రకరకాల పరమాణు నమూనాలు ముందుకొచ్చాయి.
జె. జె. థామ్సన్ – ధనావేశ గోళంలో ఎలక్ట్రాన్లు
1897లో ఎలక్ట్రాన్‌ను కనిపెట్టిన థామ్సన్, 1904 నాటికి పరమాణువును ధనావేశం అంతటా వ్యాపించి ఉన్న ఒక గోళంలా ఊహించాడు. అందులో రుణావేశం ఉన్న ఎలక్ట్రాన్లు వలయాలుగా అమరి ఉంటాయని ప్రతిపాదించాడు. ఆ తరువాత దీనికే plum-pudding model అన్న పేరు వచ్చింది.
థామ్సన్‌కు ఇది కేవలం ఊహాచిత్రం మాత్రమే కాదు. ఎలక్ట్రాన్లు లోపల ఎలా అమరి ఉంటాయి? పరమాణువు ఎలా స్థిరంగా ఉంటుంది? మూలకాల రసాయన లక్షణాల్లో కనిపించే ఆవర్తన క్రమం ఎందుకు వస్తుంది? — ఇలాంటి ప్రశ్నలకు ఈ నమూనాతో అతను సమాధానాలు వెతికాడు. అతని 1904 పరిశోధన నిజానికి ఎలక్ట్రాన్ వలయాల స్థిరత్వం, వాటి అమరికల మీద గణిత విశ్లేషణే.
అప్పటికే మెండలీవ్‌ (Mendeleev) రూపొందించిన ఆవర్తన పట్టిక ఒక ఆశ్చర్యకరమైన క్రమాన్ని చూపించింది. పరమాణు భారాల క్రమంలో మూలకాలను అమర్చితే Li, Be, B, C, N, O, F, Ne — ఆ తరువాత Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar వస్తాయి. ఇక్కడ విచిత్రమేమిటంటే Li–Na, Be–Mg, B–Al, C–Si, N–P, O–S, F–Cl జంటల లక్షణాల్లో స్పష్టమైన సామ్యాలు కనిపిస్తాయి. అంటే పరమాణు భారం పెరుగుతూనే ఉన్నా, మూలకాల స్వభావంలో ఒక ఆవర్తన క్రమం కనిపిస్తోంది.
ఆవర్తన పట్టికలో మూలకాల లక్షణ సామ్యాలు
ఈ ఆవర్తన క్రమం అసలు ఎందుకు వస్తోంది? పరమాణువు లోపలి నిర్మాణాన్ని నిజంగా పట్టుకున్న నమూనా ఏదైనా సరే, ఈ ప్రశ్నకు ఒక భౌతిక కారణాన్ని చూపించగలగాలి. థామ్సన్ తన ఎలక్ట్రాన్ వలయాల అమరికలోనే సరిగ్గా అలాంటి సమాధానాన్ని వెతికాడు.
ధనావేశ గోళంలో రుణావేశం ఉన్న ఎలక్ట్రాన్లు ఒకదానికొకటి వికర్షించుకుంటాయి. కాబట్టి, అవన్నీ ఒకే చోట గుమిగూడి ఉండలేవు. అవి స్థిరంగా ఉండాలంటే గోళం కేంద్రం చుట్టూ ఒకదాని బయట ఒకటిగా ఏకకేంద్ర వలయాలుగా (concentric rings) ఏర్పడి ఉండాలని థామ్సన్ భావించాడు. ఒక వలయంలో నిర్దిష్ట సంఖ్యలో ఎలక్ట్రాన్లు నిండిన తరువాత, అదనంగా వచ్చే ఎలక్ట్రాన్లు దాని బయట మరో కొత్త వలయాన్ని ఏర్పరుస్తాయి.
పరమాణు భారం పెరిగేకొద్దీ మొత్తం ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య పెరుగుతుంది, పరమాణువు పరిమాణం పెరుగుతుంది. కానీ థామ్సన్ లెక్కల ప్రకారం, ఒక పెద్ద పరమాణువులోని లోపలి వలయాల అమరిక (inner core pattern), దాని కంటే చిన్నదైన మరో పరమాణువులోని మొత్తం వలయాల అమరికను పోలి ఉంటుంది.
ఉదాహరణకు, లిథియం (Li) లోని ఎలక్ట్రాన్ల వలయాల అమరిక ఒక రకమైన స్థిరత్వాన్ని కలిగి ఉందనుకుంటే, చాలా ఎక్కువ ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్న సోడియం (Na) లో కూడా, లోపలి వలయాలన్నీ నిండిన తరువాత ఏర్పడే బాహ్య వలయపు అమరిక, లిథియం అమరికలోని స్థిరత్వాన్నే ప్రదర్శిస్తుంది. పరమాణువు రసాయన స్వభావం, దాని వర్ణపట ధర్మాలు చిట్టచివరి బాహ్య వలయపు ఎలక్ట్రాన్ల కదలికలపై, కంపనాలపై (vibrations) ఆధారపడి ఉంటాయి. ఈ బాహ్య వలయాల అమరిక తీరు (ring configurations) నిర్ణీత సంఖ్యలో ఎలక్ట్రాన్లు పెరిగినప్పుడల్లా పునరావృతమవ్వడం వల్లే, Li, Na వంటి వేర్వేరు మూలకాలకు ఒకే రకమైన లక్షణాలు వస్తాయని థామ్సన్ సిద్ధాంతీకరించాడు.
లెనార్డ్ – పరమాణువులో చాలా భాగం ఖాళీ
1903లో ఫిలిప్‌ లెనార్డ్ కేథోడ్‌ కిరణాలు — అంటే వేగంగా దూసుకుపోయే ఎలక్ట్రాన్లు — పదార్థం గుండా వెళ్లేటప్పుడు ఎంతవరకు శోషించబడతాయో పరిశీలించాడు. పలుచని లోహపు రేకుల గుండా కూడా అవి వెళ్లగలగడం అతనికి ఒక ముఖ్యమైన సంకేతం ఇచ్చింది. పరమాణువు ఆక్రమించే స్థలమంతా పదార్థంతో దట్టంగా నిండి ఉంటే, ఈ కిరణాలు దాని గుండా ఇంత సులభంగా వెళ్లడం ఎలా?
అందువల్ల పరమాణువు ఆక్రమించే స్థలంలో చాలా భాగం ఖాళీగా ఉండాలని, ధన, రుణ విద్యుత్ మాత్రం చాలా చిన్న ప్రాంతాల్లో కేంద్రీకృతమై ఉండాలని లెనార్డ్ భావించాడు. దగ్గర దగ్గరగా ఉన్న ధన, రుణ విద్యుత్ కేంద్రాల జంటలను అతను డైనమిడ్స్ (dynamids) అని పిలిచాడు. పరమాణువులో మిగిలిన స్థలాన్ని ప్రధానంగా ఈ విద్యుత్ కేంద్రాల బలక్షేత్రాలే ఆక్రమిస్తాయని నిర్ధారించాడు.
థామ్సన్ పరమాణువు అంతటా ధనావేశం విస్తరించి ఉందని ఊహిస్తే, లెనార్డ్ ధన, రుణ విద్యుత్ రెండూ చిన్న చిన్న ప్రాంతాల్లో కేంద్రీకృతమై, పరమాణువులో చాలా భాగం ఖాళీగా ఉందని ఊహించాడు.
నాగాఓకా – మధ్యలో బలమైన కేంద్రం
1904లో జపాన్‌ భౌతిక శాస్త్రవేత్త హంటారో నాగాఓకా (Hantaro Nagaoka) మరో భిన్నమైన పరమాణు నమూనాను ప్రతిపాదించాడు. శని గ్రహం యొక్క నిర్మాణాన్ని అతను తన నమూనాకు ఆదర్శంగా తీసుకున్నాడు. శని చుట్టూ ఉన్న వలయం ఒకే గట్టి పలకలా కాకుండా, అనేక చిన్న భాగాలు కలిసి తిరుగుతున్న వ్యవస్థగా ఉంటే కొన్ని పరిస్థితుల్లో అది స్థిరంగా ఉండగలదని మాక్స్‌వెల్ అంతకుముందే లెక్కలతో చూపించాడు.
నాగాఓకా అదే ఆలోచనను పరమాణువుకి వర్తింపజేశాడు. శని స్థానంలో ఒక బలమైన ధనావేశ కేంద్రాన్ని, వలయంలోని చిన్న భాగాల స్థానంలో రుణావేశ ఎలక్ట్రాన్లను ఊహించాడు. ఎలక్ట్రాన్లు పరస్పరం వికర్షించుకున్నా, మధ్యలోని కేంద్ర ఆకర్షణ తగినంత బలంగా ఉంటే అవి ఒక వలయంగా తిరుగుతూ, చిన్న కలతల పట్ల స్థిరంగా ఉండగలవని అతను వాదించాడు.
బొమ్మ పరంగా చూస్తే, మనకు ఇప్పుడు తెలిసిన పరమాణువుకు నాగాఓకా నమూనా ఆశ్చర్యకరంగా దగ్గరగా ఉన్నట్టనిపిస్తుంది. కానీ మధ్యలో ధనావేశ కేంద్రం ఉండవచ్చని ఊహించడం ఒకటి; ప్రకృతిలో నిజంగానే అలాంటి కేంద్రం ఉందని ప్రయోగంతో చూపించడం మరోటి. మధ్యలో అలాంటి కేంద్రం ఉందని కచ్చితంగా చెప్పే ప్రయోగ ఆధారం నాగాఓకాకు లేదు.
ఇన్ని పరమాణు నమూనాలు వచ్చినా, ఒక మౌలిక ప్రశ్నకే ఇంకా సమాధానం దొరకలేదు: అసలు ఒక పరమాణువులో ఎన్ని ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నాయి?
మూడు పరమాణు నమూనాలు
ఎన్ని ఎలక్ట్రాన్లు? వెయ్యా, ఒక్కటా?
ఎలక్ట్రాన్ ఎంత తేలికైనదో అప్పటికే తెలిసింది. దాని ద్రవ్యరాశి హైడ్రోజన్‌ పరమాణువు ద్రవ్యరాశిలో 1/1700 వంతు మాత్రమే. అందువల్ల మొదట్లో ఒక సహజమైన ఆలోచన వచ్చింది: పరమాణువు ద్రవ్యరాశి ప్రధానంగా ఎలక్ట్రాన్ల వల్లే వస్తుందనుకుంటే, హైడ్రోజన్‌ పరమాణువులోనే వెయ్యికి పైగా ఎలక్ట్రాన్లు ఉండాలి; బరువైన మూలకాలలో ఇంకా ఎన్నో వేలు ఉండాలి.
ఆ సంఖ్య ఎంతో కచ్చితంగా తెలియకుండానే థామ్సన్, లెనార్డ్, నాగాఓకా తమ నమూనాలను రూపొందించారు. 1906లో థామ్సన్ ఈ మౌలిక ప్రశ్నను ప్రయోగ కొలతలతో తేల్చడానికి పూనుకున్నాడు: ఒక పరమాణువులో అసలు ఎన్ని ఎలక్ట్రాన్లు ఉన్నాయి?
వాటిని ఒక్కొక్కటిగా లెక్కపెట్టడం సాధ్యం కాదు. అందుకే అవి కలిగించే భౌతిక ప్రభావాల నుంచి వాటి సంఖ్యను అంచనా వేయడానికి అతను ప్రయత్నించాడు. మూడు చాలా భిన్నమైన పద్ధతులను వాడాడు — వెలుతురు వక్రీభవనంలోని వర్ణ విక్షేపం (dispersion), ఎక్స్‌-కిరణాల చెదరింపు, బీటా కణాల శోషణ. ఒక్కో పద్ధతి ఒక్కో భౌతిక సూత్రంపై ఆధారపడినా, మూడూ దాదాపు ఒకే పరిమాణ క్రమాన్ని సూచించాయి.
వీటిలో ఎక్స్‌-కిరణాల పద్ధతి వెనుక ఉన్న ఆలోచన సులభంగా అర్థమవుతుంది. ఎక్స్‌-కిరణాలు ఒక వాయువు గుండా వెళ్తే, అందులోని ఎలక్ట్రాన్లు ఆ కిరణాల్లోని కొంత శక్తిని చెదరగొడతాయి. ఒక నిర్ణీత ఘనపరిమాణంలో ఎలక్ట్రాన్లు ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే, చెదరిన ఎక్స్‌-కిరణ శక్తి కూడా అంత ఎక్కువగా ఉండాలి. చార్ల్స్‌ బార్క్‌లా (Charles Barkla) చేసిన కొలతల్లో — వేర్వేరు వాయువులు చెదరగొట్టే ఎక్స్‌-కిరణ శక్తి వాటి ద్రవ్యరాశి సాంద్రతకు దాదాపు అనులోమానుపాతంలో ఉందని తేలింది. దీని ఆధారంగా ఒక పరమాణువులోని ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య దాని పరమాణు భారానికి సమానమైన క్రమంలో ఉండాలని థామ్సన్ నిర్ణయించాడు.
బార్క్‌లా గాలిపై చేసిన కొలతలను థామ్సన్ లెక్కల్లో పెడితే, ఒక్క గాలి అణువులో సుమారు 25 ఎలక్ట్రాన్లు ఉండాలని తేలింది. గాలి ఎక్స్‌-కిరణాలను చెదరగొట్టే తీరు నైట్రోజన్‌కు చాలా దగ్గరగా ఉంటుంది. ఒక నైట్రోజన్‌ పరమాణువు సాపేక్ష పరమాణు భారం దాదాపు 14; కాబట్టి రెండు పరమాణువులు ఉండే నైట్రోజన్‌ అణువులో (\(\mathrm{N}_2\)) ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య పరమాణు భారానికి సమానమైతే దాదాపు 28 ఎలక్ట్రాన్లు ఉండాలి. ప్రయోగం ద్వారా వచ్చిన 25 ఆ సంఖ్యకు ఎంతో దగ్గరగా ఉంది.
ఇది కచ్చితమైన లెక్క అని థామ్సన్ చెప్పలేదు. ఆధారాలు పరోక్షమైనవనీ, ఇంకా ఎక్కువ కొలతలు అవసరమనీ అతనే స్పష్టం చేశాడు. కానీ మూడు వేర్వేరు పద్ధతులూ ఒకే కీలక విషయాన్ని సూచించాయి: ఒక్కో పరమాణువులో వేలకొద్దీ ఎలక్ట్రాన్లు లేవు; వాటి సంఖ్య పరమాణు భారానికి అటూ ఇటుగా ఉండే క్రమంలోనే ఉంది. ముఖ్యంగా హైడ్రోజన్‌లో గతంలో ఊహించిన వేల సంఖ్య పూర్తిగా తప్పని తేలింది; వర్ణ విక్షేపం లెక్కల ప్రకారం దానిలో దాదాపు ఒక్క ఎలక్ట్రాన్ మాత్రమే ఉండవచ్చని థామ్సన్ తేల్చాడు.
ఇది చిన్న సవరణ కాదు. హైడ్రోజన్‌లో కేవలం ఒకే ఎలక్ట్రాన్ ఉంటే, దాని ద్రవ్యరాశి మొత్తం పరమాణువు ద్రవ్యరాశిలో అతి స్వల్ప భాగం మాత్రమే. అంటే పరమాణువు ద్రవ్యరాశిలో అత్యధిక భాగం ఎలక్ట్రాన్లలో ఎంతమాత్రం ఉండలేదు; ధనావేశాన్ని మోసే మిగతా భాగంలోనే ఉండాలి.
కానీ ఆ ద్రవ్యరాశిని మోస్తున్న ధనావేశం పరమాణువులో ఎలా విస్తరించి ఉంది? థామ్సన్ ఊహించినట్టు గోళమంతటా సమానంగా వ్యాపించి ఉందా? లేక మరేదైనా రూపంలో కేంద్రీకృతమై ఉందా? — దీనికి అప్పటికి సమాధానం తెలీదు.
ఇదే కాలంలో, ఈ ప్రశ్నకు సమాధానం వెతకడం కోసం కాకుండా, రూథర్ఫర్డ్ తన పాత ఆల్ఫా కణాల పరిశోధనను కొనసాగిస్తున్నాడు.
మాంచెస్టర్‌కు కూడా వచ్చిన పాత ప్రశ్న
1907 వేసవిలో రూథర్ఫర్డ్ కెనడాలోని మెక్‌గిల్‌ విశ్వవిద్యాలయాన్ని విడిచి బ్రిటన్‌లోని మాంచెస్టర్‌ విశ్వవిద్యాలయానికి వచ్చాడు. అక్కడ అతనికి ఆధునిక ప్రయోగశాల, నైపుణ్యం గల సహచరులు దొరికారు. కానీ అతను దృష్టి పెట్టిన సమస్య కొత్తది కాదు. మెక్‌గిల్‌లో ఎన్నో సంవత్సరాలుగా అతన్ని వెంటాడుతున్న ఒక ప్రశ్నకు పూర్తిగా జవాబు దొరకలేదు.
ఆల్ఫా కణం అసలు ఏమిటి?
రేడియోధార్మికతపై తన తొలి పరిశోధనల్లోనే రూథర్ఫర్డ్ ఆల్ఫా, బీటా కిరణాలను వేరు చేశాడు. తరువాత ఆల్ఫా కిరణాలు నిజానికి వేగంగా దూసుకుపోయే ధనావేశ కణాలని చూపించాడు. విద్యుత్, అయస్కాంత క్షేత్రాల్లో వాటి దారి ఎంత వంగుతుందో కొలిచి, వాటి వేగాన్ని, విద్యుదావేశం–ద్రవ్యరాశి నిష్పత్తిని (\(e/m\)) కూడా అంచనా వేశాడు. ఆల్ఫా కణాలు ఎలక్ట్రాన్లలా తేలికైనవి కావు; పరమాణువుతో పోల్చదగిన ద్రవ్యరాశి ఉన్న భారీ కణాలని ఈ ప్రయోగాలు స్పష్టం చేశాయి.
కానీ కేవలం \(e/m\) కొలత ఒక్కటే వాటి అసలు స్వరూపాన్ని తేల్చలేకపోయింది. ఒక కణం ఎంత వంగుతుందో కొలిస్తే దాని విద్యుదావేశం ఎంత, ద్రవ్యరాశి ఎంత అని విడివిడిగా తెలియదు; వాటి నిష్పత్తి మాత్రమే తెలుస్తుంది. రూథర్ఫర్డ్ కొలిచిన \(e/m\) విలువ హైడ్రోజన్‌ ధన అయాన్‌ విలువలో దాదాపు సగం ఉంది. అంటే, ఆల్ఫా కణం ఒక్క యూనిట్‌ ధనావేశం మోస్తే దాని ద్రవ్యరాశి హైడ్రోజన్‌ పరమాణువు కంటే రెండింతలు ఉండాలి. అదే రెండు యూనిట్ల ధనావేశం మోస్తే దాని ద్రవ్యరాశి నాలుగింతలు — అంటే హీలియం పరమాణువు ద్రవ్యరాశికి సమానంగా ఉండాలి.
ఇది హీలియమే అయివుంటుందని సూచించే మరో బలమైన సంకేతం కూడా ఉంది. రేడియోధార్మిక ఖనిజాల్లో హీలియం తరచుగా కనిపిస్తూ ఉండేది; 1903లో విలియం రామ్సే, ఫ్రెడరిక్ సోడీ కలిసి రేడియం నుంచి వెలువడే వాయువు (రేడియం ఎమనేషన్) క్రమంగా హీలియంను ఉత్పత్తి చేస్తుందని ప్రయోగపూర్వకంగా చూపించారు. దాంతో ఆల్ఫా కణాలే చివరకు హీలియంగా మారుతున్నాయేమో అన్న రూథర్ఫర్డ్ నమ్మకం మరింత బలపడింది.
మెక్‌గిల్‌లో ఉన్నప్పుడు రూథర్ఫర్డ్ ఆ విషయాన్ని పూర్తిగా తేల్చలేకపోయాడు. ఆల్ఫా కణానికి ధనావేశం ఉందని చూపించాడు, దాని \(e/m\) విలువను కూడా కొలిచాడు; అది రెండు యూనిట్ల ధనావేశం మోసే హీలియం కావచ్చని బలంగా అనుకున్నాడు. ఆల్ఫా కణాల సమూహం మోసే మొత్తం విద్యుదావేశాన్ని కూడా కొలవగలిగాడు. కానీ ప్రవాహంలోని ఆల్ఫా కణాలను ఒక్కొక్కటిగా నమ్మకంగా లెక్కపెట్టే పద్ధతి అప్పటికింకా లేదు. అందువల్ల ఒక్కో కణం మోసే ఆవేశాన్ని విడిగా నిర్ణయించలేకపోయాడు. 1907 ఆరంభంలోనే ఈ సమస్యను ఛేదించడానికి “కొత్త రకమైన దాడి” అవసరమని అతను రాసుకున్నాడు.
మాంచెస్టర్‌లో అతనికి సరిగ్గా ఆ అవకాశమే దొరికింది. అక్కడ జర్మన్ ప్రయోగ భౌతికశాస్త్రవేత్త హాన్స్‌ గైగర్ (Hans Geiger, 1882–1945) అతని ప్రధాన సహచరుడయ్యాడు. 1907–08లో వారి పని పరమాణువు లోపలి నిర్మాణాన్ని వెతకడం ఏమాత్రం కాదు; ఆల్ఫా కణాలను గుర్తించే పద్ధతులను మెరుగుపరచడం, ఒక్కో కణాన్ని విడిగా లెక్కపెట్టడం, వాటి సంఖ్యను మొత్తం విద్యుదావేశంతో పోల్చడం. మెక్‌గిల్‌లో మొదలైన ఆల్ఫా కణం కథ మాంచెస్టర్‌లో కొత్త పరికరాలతో ఊపందుకుంది.
ఇప్పుడు వారి ముందు చాలా స్పష్టమైన సవాలు ఉంది: ఆల్ఫా కణం విద్యుదావేశం ఎంత?
మాంచెస్టర్‌ ప్రయోగశాలలో హాన్స్‌ గైగర్, ఎర్నెస్ట్‌ రూథర్ఫర్డ్
దానికి సమాధానం దొరకాలంటే ముందుగా వాళ్లు ఒక అసాధారణమైన పని చేయాలి — ఆల్ఫా కణాలను ఒక్కొక్కటిగా లెక్కపెట్టాలి.
ఒక్క ఆల్ఫా కణం ఆవేశం ఎంత?
మాంచెస్టర్‌లో రూథర్ఫర్డ్, గైగర్‌ల ముందున్న సమస్య స్పష్టంగా ఉంది: ఆల్ఫా కణానికి హీలియంతో సంబంధం ఉందనడానికి బలమైన ఆధారాలు ఉన్నా, అది మోసే ధనావేశం విలువ ఒకటా, రెండా అన్నది తేలాలి. దానికి ఒకే ఒక తిరుగులేని మార్గం ఉంది:
ఒక నిర్ణీత రేడియోధార్మిక పదార్థం సెకనుకు ఎన్ని ఆల్ఫా కణాలను వెలువరిస్తుందో నేరుగా లెక్కపెట్టాలి; ఆ తర్వాత అదే మూలం నుంచి వచ్చే కణాలు మోసుకొచ్చే మొత్తం విద్యుదావేశాన్ని వేరుగా కొలవాలి. ఆ మొత్తం ధనావేశాన్ని ఆల్ఫా కణాల సంఖ్యతో భాగిస్తే చాలు—ఒక్కో కణం ఆవేశం ఎంతన్నది సూటిగా తెలిసిపోతుంది.
మొత్తం ధనావేశాన్ని కొలవడం అప్పటికే సాధ్యమే. ఆల్ఫా కణాలను ఒక లోహపు పలకపై పడేలా చేసి, అవి తీసుకొచ్చిన ధనావేశం ఎంత వేగంగా పేరుకుపోతుందో సున్నితమైన ఎలక్ట్రోమీటర్‌తో కొలవవచ్చు. అసలు చిక్కు రెండో కొలతలోనే ఉంది: ఆల్ఫా కణాలను ఒక్కొక్కటిగా ఎలా లెక్కపెట్టాలి? ముందుగానే ఏదో ఒక ఫలితాన్ని ఊహించేసుకోకుండా, ఆవేశం \(e\) నా లేక \(2e\) నా అన్నది నిస్సందేహంగా తేల్చడానికే కణాలను నేరుగా లెక్కపెట్టే ఈ పద్ధతిని రూథర్ఫర్డ్, గైగర్ చేపట్టారు.
ఒక్క ఆల్ఫా కణం వాయువులో ప్రయాణించినప్పుడు వేలాది వాయు పరమాణువులను, అణువులను అయనీకరిస్తుంది. అయినా ఆ చిన్నపాటి విద్యుత్ ప్రభావాన్ని నేరుగా కొలవడం కష్టం. గైగర్ దానికి ఒక తెలివైన పరిష్కారం కనుగొన్నాడు. తక్కువ పీడనంలో ఉన్న వాయువు గొట్టంలో బలమైన విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని ఏర్పాటు చేశాడు. ఒక ఆల్ఫా కణం వాయువును అయనీకరిస్తే పుట్టిన విద్యుదావేశ కణాలు బలమైన విద్యుత్ క్షేత్రంలో వేగం పుంజుకుని మరిన్ని వాయు అణువులను ఢీకొట్టి కొత్త అయాన్లను సృష్టిస్తాయి. ఇలా మొదటి చిన్న అయనీకరణ ప్రభావం వందల, వేల రెట్లు పెరిగి, ఎలక్ట్రోమీటర్‌ సూది ఒక్కసారిగా స్పష్టంగా కదిలేంత పెద్ద విద్యుత్ సంకేతంగా మారింది.
అంటే ఇప్పుడు లెక్కింపు సూత్రం చాలా సులభం:
ఒక్క ఆల్ఫా కణం రావడం → ఎలక్ట్రోమీటర్‌ సూది చటుక్కున కదలడం.
కానీ రేడియోధార్మిక మూలం నుంచి వచ్చే కణాల సంఖ్య విపరీతంగా ఉంటుంది. అన్నింటినీ మనిషి కంటితో ఎలా లెక్కపెట్టగలడు? అందుకే కౌంటర్‌కు ముందు దాదాపు 4.5 మీటర్ల పొడవుండి, లోపల గాలి తొలగించిన ఒక గాజు గొట్టాన్ని అమర్చారు. రేడియోధార్మిక మూలాన్ని ఆ గొట్టంలో ఉంచి, కౌంటర్‌ ప్రవేశ రంధ్రానికి చాలా దూరంగా పెట్టారు.
అన్ని దిశల్లోకీ బయలుదేరే ఆల్ఫా కణాల్లో అతి కొద్ది కణాలు మాత్రమే ఆ చిన్న రంధ్రం గుండా డిటెక్టర్‌లోకి ప్రవేశించేవి. ఉదాహరణకు ఒక ప్రయోగంలో మూలాన్ని రంధ్రానికి 350 సెం.మీ. దూరంలో ఉంచారు; ఆ రంధ్రం వ్యాసం కేవలం 1.23 మి.మీ. మాత్రమే.
కణాలు మరీ వేగంగా వరుసబెట్టి వస్తే, ఎలక్ట్రోమీటర్‌ సూది ఒక కదలిక నుంచి తిరిగి కుదురుకోకముందే మరో కణం వచ్చేస్తుంది. అందుకే మనిషి సులభంగా లెక్కించగలిగేలా — నిమిషానికి కొన్ని కణాలు మాత్రమే వచ్చేలా — ఆ ప్రవాహాన్ని నియంత్రించారు. ఒక పది నిమిషాల కొలతలో వరుసగా 4, 3, 5, 4, 3… చొప్పున కణాలు లెక్కపడ్డాయి; అంటే సగటున నిమిషానికి 3.5 కణాలు.
ఆల్ఫా కణాలను ఒక్కొక్కటిగా లెక్కించే రూథర్ఫర్డ్–గైగర్ కౌంటర్‌
ఇలా ఆల్ఫా కణాల సంఖ్యను కచ్చితంగా లెక్కపెట్టిన తరువాత, మరో పరికరంలో నిర్ణీత సమయంలో అవి తీసుకొచ్చిన మొత్తం ధనావేశాన్ని సేకరించారు. ఈ రెండు కొలతలను భాగించగా ఒక్క ఆల్ఫా కణం ఆవేశం మూల విద్యుదావేశానికి రెండింతలు (\(+2e\)) అని తేలింది. దాంతో ఆల్ఫా కణం రెండు యూనిట్ల ధనావేశం ఉన్న హీలియం కణం (\(\mathrm{He}^{2+}\)), ఆవేశం తటస్థమైన తరువాత అదే హీలియం పరమాణువు అనే అనుమానానికి అత్యంత బలమైన ఆధారం దొరికింది.
చివరి సందేహం – ఆల్ఫా కణమే హీలియమా?
రూథర్ఫర్డ్, గైగర్ చేసిన లెక్కింపుతో ఒక్కో ఆల్ఫా కణానికి రెండు యూనిట్ల ధనావేశం ఉంటుందని తేలింది. దాన్ని అప్పటికే తెలిసిన \(e/m\) విలువతో కలిపి చూస్తే, ఆల్ఫా కణం ద్రవ్యరాశి దాదాపు హీలియం పరమాణువు ద్రవ్యరాశికి సమానంగా వచ్చింది.
ఆధారాలు ఇప్పుడు చాలా బలంగా ఉన్నాయి: ఆల్ఫా కణం అంటే రెండు యూనిట్ల ధనావేశం ఉన్న హీలియం కణం (\(\mathrm{He}^{2+}\)) కావాలి.
అయినా రూథర్‌ఫర్డ్‌కు ఒక చిన్న సందేహం మిగిలింది. రేడియోధార్మిక పదార్థం క్షీణిస్తున్నప్పుడు, అది ఒకవైపు ఆల్ఫా కణాలను విసురుతూనే, మరోవైపు సాధారణ హీలియం వాయువును కూడా విడిగా పుట్టిస్తోందేమో? గొట్టంలో హీలియం కనిపించడానికి ఆల్ఫా కణాలే కారణమని, అవి మాత్రమే ఎలక్ట్రాన్లను పట్టుకుని హీలియంగా మారుతున్నాయని ఎలా నమ్మడం? లెక్కలు సరిపోవడం ఒక్కటే ఆల్ఫా కణమే స్వయంగా హీలియంగా మారుతోందని తిరుగులేకుండా నిరూపించదు.
1908లో రూథర్ఫర్డ్ తన సహచరుడు థామస్‌ రాయిడ్స్‌తో (Thomas Royds) కలిసి ఈ చివరి సందేహాన్ని కూడా తేల్చడానికి ఒక ప్రయోగం చేశాడు.
అప్పట్లో radium emanation అని పిలిచే రాడాన్‌ వాయువును అత్యంత పలుచని గాజు గొట్టంలో నింపారు. ఆ గాజు గోడ ఎంత పలుచగా ఉందంటే, అధిక వేగంతో కదిలే ఆల్ఫా కణాలు దాన్ని దాటుకుని బయటకు రాగలవు; కానీ లోపలి రాడాన్‌ వాయువు మాత్రం బయటకు రాలేదు. ఆ చిన్న గొట్టాన్ని, గాలిని పూర్తిగా తొలగించిన మరో పెద్ద గాజు పాత్ర లోపల అమర్చారు.
లోపలి గొట్టం నుంచి బయటకు వచ్చిన ఆల్ఫా కణాలు బయటి పాత్ర గోడల్లోనూ, పాదరసంలోనూ ఆగిపోయాయి. ఆ కణాలే నిజంగా హీలియం అయితే, కొంతకాలానికి ఆ హీలియం బయటి పాత్రలోని ఖాళీ ప్రదేశంలోకి విడుదల కావాలి.
కొన్ని రోజుల తరువాత బయటి పాత్రలో చేరిన ఆ కొద్దిపాటి వాయువు గుండా విద్యుత్తును పంపి, దాని వర్ణపటాన్ని (spectrum) పరీక్షించినప్పుడు స్పష్టమైన హీలియం వర్ణరేఖలు కనిపించాయి. రోజులు గడిచేకొద్దీ ఆ రేఖలు మరింత ప్రకాశవంతంగా మారాయి.
కానీ లోపలి గొట్టం నుంచి సాధారణ హీలియం వాయువే గాజు గోడ గుండా నెమ్మదిగా బయటకు చొచ్చుకుని వచ్చిందేమో? రూథర్ఫర్డ్ అదీ పరీక్షించి చూశాడు. రాడాన్‌ తీసేసి, దాని స్థానంలో ఎక్కువ పీడనంతో హీలియం వాయువును అదే లోపలి గొట్టంలో నింపాడు. ఎనిమిది రోజుల పాటు చూసినా బయటి పాత్రలో హీలియం వర్ణరేఖల జాడే కనిపించలేదు.
దీంతో విషయం పూర్తిగా తేలిపోయింది: లోపలి గాజు గోడను దాటి బయటకు వచ్చిన ఆల్ఫా కణాలే, తమ ధనావేశం తటస్థమైన తరువాత సాధారణ హీలియం పరమాణువులుగా మారాయి.
ఆల్ఫా కణాలే హీలియం అని చూపిన రూథర్ఫర్డ్–రాయిడ్స్‌ ప్రయోగం
ఆల్ఫా కణానికి స్తోత్రగీతం
1908 డిసెంబరులో నోబెల్ బహుమతి స్వీకరించడానికి స్టాక్‌హోమ్‌ బయలుదేరే ముందు, కేంబ్రిడ్జిలోని కావెండిష్‌ ప్రయోగశాలలో రూథర్ఫర్డ్ గౌరవార్థం జె. జె. థామ్సన్ ఒక వీడ్కోలు విందు ఏర్పాటు చేశాడు. ఆ విందులో ఆల్ఫ్రెడ్ రాబ్ (A. A. Robb) అనే భౌతికశాస్త్రవేత్త, రూథర్‌ఫర్డ్‌కు నోబెల్ బహుమతి తెచ్చిపెట్టిన అతని “అత్యంత నమ్మకమైన సహచరుడి” మీద సరదాగా ఒక స్తోత్రగీతం రాసి చదివాడు.
ఆ సహచరుడు మరెవరో కాదు — స్వయంగా ఆల్ఫా కణమే:
An alpha ray was I, contented with my lot
From Radium C I was set free
And outwards I was shot…
And on my wild career, as swiftly on I flew,
A rarefied gas wouldn’t let me pass
But I shoved my way quite through.
I had some lively tussles
To make it ionize
But I set the small corpuscles
Abuzzing’ round like flies…
I murmured “Botheration!”
(A word that’s most obscene)
And I made a scintillation
As I struck a zinc-blende screen…
But now I’m settled down and I move about quite slow,
For I, alas, am helium gas
Since I got that dreadful blow.
డిసెంబరు 11, 1908న స్టాక్‌హోమ్‌లో తన నోబెల్ ఉపన్యాసం ఇస్తూ రూథర్ఫర్డ్ ఈ ప్రయోగాన్ని ప్రత్యేకంగా ప్రస్తావించాడు. అంతకుముందున్న ఆధారాలన్నీ ఆల్ఫా కణం హీలియమేనని బలంగా సూచించినప్పటికీ, రాయిడ్స్‌తో కలిసి చేసిన ఈ ప్రయోగమే దానిని నిరూపించిందని స్పష్టం చేశాడు.
ఇక్కడ మన మొదటి కథ పూర్తవుతుంది. 1899లో కేవలం ఒక కొత్త రకమైన వికిరణంగా మొదలైన ఆల్ఫా అసలు స్వరూపం ఏమిటో, దాదాపు పదేళ్ల పరిశోధనల తరువాత స్పష్టంగా తేలింది — అది రెండు యూనిట్ల ధనావేశం ఉన్న హీలియం కణం.
తలనొప్పినే ప్రయోగంగా మార్చిన గైగర్
ఇక్కడ మనం కొన్ని నెలలు వెనక్కి — 1908 ప్రారంభానికి వెళ్ళాలి. ఆల్ఫా కణం అసలు స్వరూపాన్ని తేల్చే ప్రయోగాలు ఇంకా సాగుతుండగానే, వాటిని కచ్చితంగా లెక్కపెట్టే ప్రయత్నాల్లో రూథర్ఫర్డ్, గైగర్‌లకు ఒక కొత్త చిక్కు ఎదురైంది: ఆల్ఫా కణాలు ఎప్పుడూ అనుకున్న దారిలోనే సూటిగా వెళ్లడం లేదు.
లెక్కింపు పరికరంలోకి సూటిగా రావాల్సిన కొన్ని కణాలు దారిలోని పలుచని మైకా కిటికీ, గొట్టంలో మిగిలిపోయిన కొద్దిపాటి వాయువు వంటి వాటి వల్ల స్వల్పంగా పక్కకు మళ్లేవి. కొన్ని కణాలు గొట్టం గోడలను తాకి ఆగిపోయేవి; మరికొన్ని డిటెక్టర్‌లో కొంత దూరమే ప్రయాణించి బలహీనమైన సంకేతాలను ఇచ్చేవి. మొదట్లో ఈ చెదరింపు ప్రభావం ఎంత కీలకమైనదో రూథర్ఫర్డ్, గైగర్ గ్రహించలేదు.
దీనివల్ల ప్రయోగంలో ఎదురైన విసుగును వివరిస్తూ రూథర్ఫర్డ్ ఒక ఉత్తరంలో, “The scattering is the devil (ఈ చెదరింపు పెద్ద తలనొప్పి),” అని రాశాడు.
ఆల్ఫా కణం విషయంలో ఇది నిజంగా ఆశ్చర్యకరమైన విషయం. ఎలక్ట్రాన్‌తో పోలిస్తే అది వేల రెట్లు బరువైనది; పైగా విపరీతమైన వేగంతో ప్రయాణిస్తోంది. సైన్స్ చరిత్రకారుడు జాన్ హైల్‌బ్రాన్ (John Heilbron) చమత్కరించినట్లు — ఆల్ఫా కణం అచ్చం రూథర్ఫర్డ్ లాగే చాలా దృఢమైనది, దేనికీ లొంగని శక్తి కలది. దారిలో ఏవైనా అడ్డంకులు వస్తే లెక్కచేయకుండా తోసుకుంటూ పోవడమే దాని నైజం.
అలాంటి భారీ కణం, దారిలో ఎదురైన కాస్తంత పలుచని పదార్థం వల్ల కూడా గమనించదగినంత పక్కకు మళ్లడం ఏమిటి?
ఇక్కడే ప్రయోగానికి అడ్డంకిగా కనిపించిన ఆ తలనొప్పే ఒక కొత్త అన్వేషణకు దారితీసింది. ఈ చెదరింపు ఎంత మేరకు ఉంటుంది? పదార్థం మందం పెరిగితే ఎలా మారుతుంది? వేర్వేరు పదార్థాలు కణాలను ఎంతగా చెదరగొడతాయి? — అని గైగర్ క్రమబద్ధంగా పరీక్షించడం మొదలుపెట్టాడు.
అందుకోసం గైగర్ లోపల గాలి తొలగించిన ఒక పొడవైన గొట్టంతో ప్రత్యేక అమరికను సిద్ధం చేశాడు. రేడియోధార్మిక మూలం నుంచి వచ్చే ఆల్ఫా కణాలను ఒక సన్నని చీలిక గుండా పంపి, సూటిగా సాగే కిరణపుంజంగా మలిచాడు. ఆ పుంజం దారిలో నిర్ణీత మందం ఉన్న పలుచని లోహపు రేకును అడ్డుగా ఉంచే ఏర్పాటు చేశాడు.
రేకు లేనప్పుడు కణాలు తెరపై ఎక్కడ పడుతున్నాయో చూసి, రేకు పెట్టిన తరువాత అవి ఎంత పక్కకు మళ్లుతున్నాయో పోల్చవచ్చు. ఉపయోగించే లోహాన్ని బట్టి, రేకు మందాన్ని బట్టి చెదరింపు ఎలా మారుతుందో కూడా కచ్చితంగా లెక్కగట్టే వీలు కలిగింది.
కానీ దీనికోసం కొలత పద్ధతిలోనే మరో కీలకమైన మార్పు చేయాల్సి వచ్చింది. ఇప్పటివరకు వాడిన విద్యుత్ డిటెక్టర్‌ ఒక్కో కణం వచ్చి పడిందో లేదో మాత్రమే నమోదు చేయగలదు; కానీ అది ఏ కోణంలో, ఏ దిశలో మళ్లిందో చెప్పలేదు. చెదరింపును కొలవాలంటే కణం ఎటు వెళ్లిందో కంటితో చూడగలగాలి.
అందుకే గైగర్ జింక్‌ సల్ఫైడ్‌ పూత పూసిన ఒక చిన్న తెరను ఉపయోగించాడు. ఆల్ఫా కణం ఆ తెరను తాకిన ప్రతిసారీ ఒక చిన్న కాంతి మెరుపు (scintillation) వస్తుంది. చీకటి గదిలో సూక్ష్మదర్శినితో (microscope) ఆ మెరుపులు తెరపై ఎక్కడెక్కడ పడుతున్నాయో నేరుగా పరిశీలించవచ్చు.
ముందుగా దారిలో ఎలాంటి లోహపు రేకూ లేకుండా చూశాడు. గొట్టంలో గాలిని దాదాపు పూర్తిగా తొలగించినప్పుడు ఆల్ఫా కణాలు సూటిగా వెళ్లి, తెరపై చీలిక ఆకారానికి సరిపోయే ఒక సన్నని ప్రాంతంలోనే మెరుపులను ఇచ్చాయి.
తరువాత చీలిక దగ్గర ఒక పలుచని బంగారు రేకును ఉంచాడు. దాంతో మెరుపులు మరింత వెడల్పైన ప్రాంతంలో కనిపించాయి. రెండు బంగారు రేకులు పెడితే ఆ విస్తరణ ఇంకా పెరిగింది. ఒకే మందం ఉన్న రేకులతో పోల్చి చూసినప్పుడు, అల్యూమినియం రేకు బంగారం కంటే చాలా తక్కువగా కణాలను చెదరగొట్టింది.
అంటే లోహపు రేకు ఆల్ఫా కణాలను కేవలం అడ్డుకోవడం లేదు; వాటి ప్రయాణ మార్గాన్నే మారుస్తోంది.
పరికరంలో వచ్చిన ఈ మౌలిక మార్పును ఒక్క మాటలో చెప్పాలంటే:
- విద్యుత్ డిటెక్టర్‌ — ఎన్ని కణాలు వచ్చాయి?
- జింక్‌ సల్ఫైడ్‌ తెర — అవి ఏ దిశలో వెళ్లాయి?
అయితే ఈ కొత్త పద్ధతిలో కూడా పని ఏమంత తేలిక కాదు. చిమ్మచీకటి గదిలో కూర్చుని, మైక్రోస్కోప్‌లో కన్నుపెట్టి, మెరిసే ఒక్కో చిన్న కాంతి చుక్కను తదేకంగా చూస్తూ లెక్కపెట్టాలి. గైగర్ గంటల తరబడి ఓపికగా ఆ పని చేయగలడని, తనకైతే కొద్దిసేపటికే విసుగొచ్చేస్తుందని రూథర్ఫర్డ్ తరువాత సరదాగా చెప్పుకున్నాడు.
ఈ దశలో ఇంకా పరమాణు కేంద్రకం కథ మొదలుకాలేదు. గైగర్ పరిశీలిస్తున్న ప్రశ్న చాలా సాధారణమైనది:
పలుచని పదార్థం గుండా వెళ్లే ఆల్ఫా కణం ఎంతమేరకు పక్కకు మళ్లుతుంది?
కానీ అప్పటికి ఉన్న పరికరం కేవలం ముందుకు సాగుతూ, చిన్న కోణాల్లో పక్కకు మళ్లే కణాలను కొలవడానికి మాత్రమే అనువుగా ఉండేది. అయితే రూథర్ఫర్డ్ ఆలోచన త్వరలోనే ఊహించని మరో దిశగా మళ్లింది.
వెనక్కి కూడా వస్తాయా?
1909 మొదట్లో గైగర్ పలుచని లోహపు రేకుల గుండా వెళ్తున్న ఆల్ఫా కణాల స్వల్ప చెదరింపును కొలుస్తూ ఉండగా, రూథర్ఫర్డ్ ఒక కొత్త ప్రశ్న అడిగాడు:
ఆల్ఫా కణం కేవలం కొద్దిగా పక్కకు మళ్లడం మాత్రమేనా, అసలు పెద్ద కోణంలో వెనక్కి కూడా తిరగగలదా? వచ్చిన వైపుకే మళ్లీ తిరిగి రాగలదా?
అప్పటికి గైగర్‌తో కలిసి పనిచేయడానికి ఎర్నెస్ట్‌ మార్స్డెన్ (Ernest Marsden, 1889–1970) అనే ఇరవై ఏళ్ళ ఆనర్స్‌ ఫిజిక్స్‌ విద్యార్థి వచ్చాడు. మార్స్‌డెన్‌కు ప్రయోగాల్లో శిక్షణ కోసం ఏదైనా చిన్న పరిశోధన పని ఇవ్వాలని గైగర్ అడిగినప్పుడు, రూథర్ఫర్డ్ ఈ ఊహించని ఆలోచనను సూచించాడు.
అయితే అలాంటి ఫలితం వస్తుందని నిజానికి తనకే ఏమాత్రం నమ్మకం లేదని తర్వాతి రోజుల్లో రూథర్ఫర్డ్ స్వయంగా ఒప్పుకున్నాడు. ఎందుకంటే ఆల్ఫా కణాలు విపరీతమైన వేగంతో ప్రయాణించే చాలా బరువైన కణాలు; పదార్థం గుండా వెళ్లేటప్పుడు అవి కేవలం స్వల్ప కోణాల్లోనే పక్కకు తప్పుకుంటాయని అప్పటివరకు తెలిసిన సిద్ధాంతాలు చెబుతున్నాయి.
అయినా పరీక్షించి చూడటానికి గైగర్, మార్స్డెన్ తమ ప్రయోగ అమరికను మళ్ళీ మార్చారు. రేడియోధార్మిక మూలం నుంచి వచ్చే ఆల్ఫా కణాలు లోహపు రేకుపై పడేలా చేశారు. బంగారం, ప్లాటినంతో సహా వేర్వేరు లోహాలను పరీక్షించారు. జింక్‌ సల్ఫైడ్‌ తెరను మాత్రం కణాలు ముందుకు వెళ్లే వైపు కాకుండా, మూలం ఉన్న వైపే ఉంచారు. మూలం నుంచి నేరుగా వచ్చే ఆల్ఫా కణాలు తెరను తాకకుండా మధ్యలో ఒక మందపాటి సీసపు (lead) పలకను అడ్డుపెట్టారు.
ఇప్పుడు అక్కడ మెరుపు కనిపించాలంటే, ఆల్ఫా కణం లోహంలోకి వెళ్లి, పెద్ద కోణంలో చెదరి వెనుదిరిగి రావాల్సిందే.
ఎలాంటి ఫలితమూ రాదని అనుకున్న ప్రయోగం అది.
కానీ, తెరపై మెరుపులు కనిపించాయి.
చీకటి గదిలో సూక్ష్మదర్శిని ముందు కూర్చున్న మార్స్‌డెన్‌కు తెరపై అప్పుడప్పుడు కాంతి చుక్కలు మెరుస్తూ కనిపించాయి. కొన్ని ఆల్ఫా కణాలు లోహంలోకి వెళ్లి చాలా పెద్ద కోణాల్లో చెదరి, వచ్చిన వైపుకే వెనుదిరిగాయి. బంగారం, ప్లాటినం వంటి బరువైన లోహాల్లో ఈ ప్రభావం స్పష్టంగా కనిపించింది.
ఆ తరువాత ప్లాటినం పలకతో మరింత కచ్చితంగా లెక్కించినప్పుడు — తాము ప్రయోగించిన ఆల్ఫా కణాల్లో దాదాపు ప్రతి ఎనిమిది వేల కణాలకు ఒకటి (1 in 8,000) ఇలా వెనక్కి చెదరినట్లు గైగర్, మార్స్డెన్ గుర్తించారు.
ఆల్ఫా కణాల చెదరింపును కొలిచిన గైగర్–మార్స్డెన్ ప్రయోగ అమరిక
ఇది చిన్న చెదరింపు లాంటి సాధారణ సమస్య ఎంతమాత్రం కాదు. ఇంత బరువైన, అత్యంత వేగంగా ప్రయాణించే ఆల్ఫా కణం పదార్థంలోకి వెళ్లి 90 డిగ్రీలకు మించిన కోణంలో పక్కకు తప్పుకోవడం ఏ రకంగా చూసినా ఊహించలేని విషయం. అంత భారీ కణాన్ని అలా వెనక్కి తిప్పగలిగే బలం పరమాణువు లోపల ఎక్కడిది?
ఆ తర్వాత రూథర్ఫర్డ్ ఈ ఫలితాన్ని గుర్తుచేసుకుంటూ, పలుచని కాగితంపై పదిహేను అంగుళాల ఫిరంగి గుండును పేల్చితే, అది వెనక్కి వచ్చి మనకే తగిలినంత ఆశ్చర్యమేసిందన్నాడు.
ఇప్పుడు ప్రశ్న ఇక “ఆల్ఫా కణాలు ఎందుకు కొద్దిగా చెదురుతున్నాయి?” అన్నది కాదు.
ఇంత బరువైన, అత్యంత వేగవంతమైన కణాన్ని వెనక్కి తిప్పగల అంత పెద్ద బలం పరమాణువులో ఎక్కడుంది?
ఈ ఫలితానికి సరైన వివరణ మాత్రం వెంటనే దొరకలేదు. దాదాపు ఏడాదిన్నర పాటు రూథర్ఫర్డ్ గణిత లెక్కలు, ప్రయోగ ఫలితాలు, థామ్సన్ నమూనాతో పోలిక—ఇవన్నీ మళ్లీ మళ్లీ పరిశీలించాడు.
1910 డిసెంబరు 14న తన మిత్రుడు బెర్ట్రం బోల్ట్‌వుడ్‌కు రాసిన ఉత్తరంలో, “జె. జె. పరమాణువు కంటే ఎంతో మెరుగైన నమూనాను నేను రూపొందించగలనని అనుకుంటున్నాను; మన ప్రయోగాల లెక్కలకూ అది చక్కగా సరిపోతుంది,” అని రాశాడు.
ఆ ఉత్తరం రాసిన మూడు నెలలకే, 1911 మార్చి 7న, రూథర్ఫర్డ్ తన కొత్త పరమాణు నమూనాను మొదటిసారి బహిరంగంగా సభలో వివరించాడు.
అనేక చిన్న మళ్ళింపులా? లేక ఒక్క పెద్ద మళ్ళింపా?
గైగర్, మార్స్‌డెన్‌ల ప్రయోగ ఫలితం రూథర్ఫర్డ్ ముందు ఒక విచిత్రమైన సమస్యను నిలిపింది. స్వల్ప కోణాల్లో ఆల్ఫా కణాలు చెదరడాన్ని వివరించడం పెద్ద కష్టం కాదు. ఒక కణం పలుచని రేకులోని అనేక పరమాణువుల గుండా వరుసగా వెళ్తుంది; ఒక్కో పరమాణువు దాన్ని అతి స్వల్పంగా పక్కకు నెడితే, ఆ చిన్న చిన్న మళ్లింపులన్నీ తోడై చివరికి కణం మార్గం కాస్త పక్కకు తప్పుకోవచ్చు.
అప్పటివరకు అందరూ ఊహించినది సరిగ్గా ఇదే — అనేక చిన్న మళ్లింపుల కలయిక (multiple scattering). రూథర్ఫర్డ్ తన 1911 పరిశోధనా పత్రాన్ని కూడా అప్పట్లో అందరిలో ఉన్న ఈ సాధారణ నమ్మకంతోనే మొదలుపెట్టాడు.
కానీ పెద్ద కోణాల్లో మళ్లిన కణాలు మరో కొత్త కథ చెబుతున్నాయి. రూథర్ఫర్డ్ 1911 పత్రంలో ఉదహరించిన కొలతల ప్రకారం, అత్యంత పలుచని బంగారు రేకు గుండా వెళ్లిన ఆల్ఫా కణాల్లో దాదాపు ఇరవై వేలలో ఒకటి సగటున 90 డిగ్రీల కోణంలో మళ్లింది.
థామ్సన్ నమూనా ప్రకారం ఆల్ఫా కణం పెద్ద కోణంలో మళ్లాలంటే, దారిలో ఎదురయ్యే అనేక పరమాణువులు కలిగించే చిన్న చిన్న యాదృచ్ఛిక మళ్లింపులు కలిసి అంత పెద్ద మళ్లింపును ఇవ్వాలి. అలా జరగడం అసాధ్యం కాదు. కానీ అప్పటికే కొలిచిన చిన్న కోణాల చెదరింపును ఆధారంగా తీసుకొని సంభావ్యతా సూత్రాలతో లెక్క వేస్తే, 90 డిగ్రీల స్థాయి మళ్లింపులు అత్యంత అరుదుగా మాత్రమే రావాలి. ప్రయోగంలో మాత్రం అవి ఆ లెక్కలు అనుమతించిన దానికంటే ఎన్నో రెట్లు ఎక్కువగా కనిపించాయి. అంటే పెద్ద కోణాల చెదరింపును అనేక చిన్న మళ్లింపుల కూడికతో వివరించడం సాధ్యం కాలేదు.
అప్పుడు రూథర్ఫర్డ్ సమస్యను సరికొత్త కోణంలో చూశాడు:
ఈ పెద్ద మళ్లింపు అనేక చిన్న సంఘటనల మొత్తం కాకపోతే? ఒకే ఒక్క పరమాణువుతో జరిగిన బలమైన ముఖాముఖి వల్లనే ఇది జరిగి ఉంటే?
అలా జరగాలంటే పరమాణువులోని ఒక అతి చిన్న ప్రాంతంలో అత్యంత బలమైన విద్యుత్ క్షేత్రం కేంద్రీకృతమై ఉండాలి. ఆల్ఫా కణం ఆ కేంద్రానికి దూరంగా వెళ్తే దాని మార్గం దాదాపు మారదు, సూటిగా వెళ్లిపోతుంది. కొద్దిగా దగ్గరగా వెళ్తే కాస్త పక్కకు తప్పుకుంటుంది. బాగా దగ్గరగా వెళ్తే పెద్ద కోణంలో మళ్లుతుంది; సరిగ్గా దాని వైపుకే సూటిగా వెళ్తే వెనక్కి కూడా తిరగవచ్చు.
ఇక్కడ ఒక సాధారణ అపోహకు తావివ్వకూడదు. ఆల్ఫా కణం ఏదో గట్టి గుండును ఢీకొని, గోడకు తగిలిన బంతిలా వెనక్కి రావడం లేదు. లెక్కల కోసం కేంద్రంలోని ఆవేశాన్ని ధనావేశంగా తీసుకుంటే, ధనావేశం ఉన్న ఆల్ఫా కణం దానికి దగ్గరయ్యేకొద్దీ వాటి మధ్య విద్యుత్ వికర్షణ బలం (Coulomb repulsion) విపరీతంగా పెరుగుతుంది. కేంద్రానికి పక్కగా వెళ్లే కణం మార్గం తీవ్రంగా మళ్లుతుంది; సరిగ్గా కేంద్రం వైపే ప్రయాణించే కణం వేగం క్రమంగా తగ్గుతూ ఒక దశలో ఆగి, మళ్లీ వచ్చిన దారిలోనే వెనక్కి తిరుగుతుంది. అంటే ఆ కేంద్రాన్ని భౌతికంగా అసలు తాకకుండానే ఆల్ఫా కణం వెనక్కి రావచ్చు.
రూథర్ఫర్డ్ దీనిని కేవలం ఒక ఊహగా వదిలిపెట్టలేదు. ఆల్ఫా కణం కేంద్రానికి ఎంత దగ్గరగా వెళ్తే ఎంత కోణంలో మళ్లుతుందనే విషయానికి ఒక స్పష్టమైన గణిత సూత్రాన్ని రూపొందించాడు.
దాని ఆధారంగా ప్రయోగపూర్వకంగా పరీక్షించదగిన కొన్ని నిర్దిష్టమైన అంచనాలు సిద్ధమయ్యాయి:
ఏ కోణంలో ఎన్ని కణాలు చెదరాలి? రేకు మందం పెరిగితే వాటి సంఖ్య ఎలా మారాలి? కణం వేగాన్ని బట్టి చెదరింపు లెక్కల్లో ఎలాంటి తేడా రావాలి?
1911 నాటికి ఉన్న ప్రయోగ ఫలితాలు ఈ సిద్ధాంత లెక్కలతో చక్కగా సరిపోయాయి. ఆ తరువాత 1913లో గైగర్, మార్స్డెన్ మరింత కచ్చితమైన కొలతలతో ఈ అంచనాలన్నింటినీ ప్రయోగశాలలో పరీక్షించి, రూథర్ఫర్డ్ సిద్ధాంతాన్నిధ్రువీకరించారు.
రూథర్ఫర్డ్ చెదరింపు నియమం
ఇక్కడే ఒక సరికొత్త పరమాణు చిత్రం ఆవిష్కృతమైంది. పెద్ద కోణాల మళ్లింపుకు కారణమైన బలమైన కేంద్రావేశం పరమాణువు అంతటా వ్యాపించి లేదు; అది మధ్యలోని అతి చిన్న ప్రాంతంలో కేంద్రీకృతమై ఉంది. పెద్ద కోణాల్లో మళ్లిన ఆ అరుదైన ఆల్ఫా కణాలు, సరిగ్గా ఆ కేంద్రానికి అతి సమీపంగా వెళ్లినవే.
అయితే 1911లో రూథర్ఫర్డ్ ఒక శాస్త్రీయమైన జాగ్రత్త పాటించాడు. ఆ కేంద్రం ధనావేశమా లేక రుణావేశమా అన్నది ఈ చెదరింపు ప్రయోగం తేల్చలేదని అతను స్పష్టంగా చెప్పాడు. కేంద్రం ధనావేశమై ఆల్ఫా కణాన్ని వెనక్కి నెట్టినా (వికర్షణ), లేదా రుణావేశమై తన చుట్టూ కొక్కెంలా తిప్పి వెనక్కి పంపినా (ఆకర్షణ — సూర్యుడి చుట్టూ తోకచుక్క యూ-టర్న్ తీసుకున్నట్లు) — రెండింటిలోనూ చెదరింపు కోణాలకు వచ్చే గణిత సూత్రాలు అచ్చం ఒకేలా ఉంటాయి. అందుకే అతను ఆవేశం గుర్తును తేల్చకుండా, రెండింటికీ వర్తించేలా సమీకరణాలను రూపొందించాడు.
రూథర్ఫర్డ్ తన 1911 పరిశోధనా పత్రంలో దీనిని “central charge” (కేంద్రావేశం) అని మాత్రమే పిలిచాడు. కొద్దికాలానికే ఈ కేంద్రభాగానికి nucleus — కేంద్రకం — అన్న పేరు స్థిరపడింది.
లెక్క సరిపోతుందా?
ఒక కొత్త పరమాణు చిత్రాన్ని ఊహించడం ఒక ఎత్తు; ప్రయోగాల్లో తేలిన కొలతలను కచ్చితమైన సంఖ్యలతో వివరించగలగడం మరో ఎత్తు. రూథర్ఫర్డ్ తన ఆలోచనను సరిగ్గా అక్కడే అసలైన కఠిన పరీక్షకు పెట్టాడు.
ఆల్ఫా కణం కేంద్రానికి ఎంత పక్కనుంచి వెళ్తుందో — అంటే దాని ‘ఇంపాక్ట్ పారామీటర్’ (impact parameter) — అన్నదాన్ని బట్టి అది ఎంత కోణంలో మళ్లుతుందనేది ఆధారపడి ఉంటుంది. దీని ఆధారంగా రూథర్ఫర్డ్ న్యూటన్ గతిశాస్త్రం, కూలూంబ్ సూత్రాలను ఉపయోగించి ఒక స్పష్టమైన గణిత సమీకరణాన్ని రూపొందించాడు.
దాని ప్రకారం—పెద్ద కోణాల్లో చెదిరే కణాలు చాలా అరుదుగా ఉండాలి; కోణం పెరిగేకొద్దీ వాటి సంఖ్య ఒక నిర్దిష్ట నియమం ప్రకారం అత్యంత వేగంగా పడిపోవాలి. రూథర్ఫర్డ్ వేసిన లెక్కల ప్రకారం—చెదిరే కోణం కొద్దిగా పెరిగినా, అక్కడ కనిపించే కణాల సంఖ్య అమాంతం పడిపోవాలి (గణితంలో ఇది \(\sin^4(\theta/2)\) విలోమ నిష్పత్తి). అంటే చిన్న కోణాల్లో వేలకొద్దీ కణాలు పక్కకు మళ్లితే, కోణం కాస్త పెద్దదయ్యేసరికి ఆ సంఖ్య పదులలోకి పడిపోవాలి. ఇది ఏ కోణం వద్ద ఎన్ని కణాలు కనిపించాలో గీసిపెట్టిన కచ్చితమైన కొలత.
ఈ సమీకరణం నుంచి మరికొన్ని స్పష్టమైన అంచనాలు కూడా వచ్చాయి:
- రేకు చాలా పలుచగా ఉన్నంతవరకు, లోహపు రేకు మందాన్ని రెండింతలు చేస్తే పెద్ద కోణంలో చెదిరే కణాల సంఖ్య కూడా సరిగ్గా రెండింతలు కావాలి.
- ఆల్ఫా కణాల వేగం తగ్గేకొద్దీ అవి కేంద్రం దగ్గర ఎక్కువసేపు గడుపుతాయి కాబట్టి, వేగం కాస్త తగ్గినా చెదరింపు సంఖ్య భారీగా పెరగాలి (వేగం నాలుగో ఘాతానికి విలోమానుపాతంలో).
- పరమాణువులోని కేంద్రావేశం పెరిగేకొద్దీ చెదరింపు బలం కూడా పెరగాలి; బరువైన మూలకాల్లో చెదరింపు ఎక్కువగా కనిపించడానికి కారణం ఇదే.
1911 నాటికే అందుబాటులో ఉన్న ప్రయోగ ఫలితాలు రూథర్ఫర్డ్ సిద్ధాంత లెక్కలతో చక్కగా సరిపోయాయి. ఆ తరువాత 1913లో గైగర్, మార్స్డెన్ కోణం, రేకు మందం, పదార్థం, కణాల వేగం వంటి ప్రతి అంశాన్నీ విడివిడిగా పరీక్షించి, కచ్చితమైన కొలతలతో ఈ సిద్ధాంతాన్ని ధ్రువీకరించారు.
విజ్ఞానశాస్త్ర ప్రయాణంలో ఇదే అత్యంత కీలకమైన ముందడుగు. మొదట పెద్ద కోణంలో మళ్లిన ఆ కొన్ని అరుదైన కణాలు ప్రయోగశాలలో ఎదురైన ఒక విచిత్రమైన పరిశీలన మాత్రమే. రూథర్ఫర్డ్ వాటి వెనుక ఉన్న భౌతిక వాస్తవాన్ని ఊహించాడు; ఆ నమూనా ఆధారంగా కచ్చితంగా కొలవగలిగే లెక్కలను సిద్ధం చేశాడు; ఆ లెక్కలను ప్రయోగ పరీక్షలకు ఎదురొడ్డి నిలబెట్టాడు.
అందుకే ‘పరమాణు కేంద్రకం’ అనేది కేవలం ఒక అందమైన ఊహగా మిగిలిపోలేదు. అడుగడుగునా ప్రయోగాలతో, సంఖ్యాపరమైన ఆధారాలతో సాధించిన ఒక శాస్త్రీయ సత్యంగా మారింది.
కేథడ్రల్‌లో ఈగ (Fly in the Cathedral)
రూథర్ఫర్డ్ నమూనాలో అసలైన వింత కేవలం పరమాణువు మధ్యలో బలమైన విద్యుదావేశం ఉందన్నది మాత్రమే కాదు. ఆ ఆవేశం పరమాణువు మొత్తం పరిమాణంతో పోలిస్తే ఊహకందనంత సూక్ష్మమైన ప్రాంతంలో కేంద్రీకృతమై ఉండటం.
ఎందుకంటే ప్రయోగంలో అత్యధిక శాతం ఆల్ఫా కణాలు బంగారు రేకు గుండా ఏ అడ్డంకీ లేకుండా, దాదాపు సూటిగానే వెళ్లిపోయాయి. ఒకవేళ ఆ బలమైన ఆవేశం పరమాణువు అంతటా పలుచగా విస్తరించి ఉంటే, వేలాది కణాలు అంత నిరాటంకంగా దాటిపోవడం సాధ్యం కాదు. పెద్ద కోణంలో వెనక్కి తిరిగినవి వేలల్లో ఒకటి మాత్రమే. అంటే ఆ కణాలను అంత బలంగా వెనక్కి నెట్టగల ఆ ప్రాంతం, పరమాణువు విస్తీర్ణంతో పోలిస్తే ఒక అతి చిన్న లక్ష్యం మాత్రమే అయ్యుండాలి.
రూథర్ఫర్డ్ లెక్కల్లో మరో ఆశ్చర్యకరమైన విషయం బయటపడింది. పరమాణువు వ్యాసార్థం సుమారు \(10^{-8}\) సెం.మీ. కానీ నేరుగా కేంద్రం వైపు దూసుకెళ్లిన వేగవంతమైన ఆల్ఫా కణం, వెనక్కి తిరగడానికి ముందు దాని కేంద్రానికి దాదాపు \(3 \times 10^{-12}\) సెం.మీ. దూరం వరకూ చేరగలదని అతను లెక్కించాడు.
అంత దగ్గరికి వెళ్లినా కణం ఒక బిందు ఆవేశం (point charge) విద్యుత్ క్షేత్రంలో ఉన్నట్లే ప్రవర్తించిందంటే, ఆ బలమైన కేంద్రావేశం ఆ దూరం కంటే కూడా చిన్న ప్రాంతంలోనే ఇమిడి ఉండాలి. అంటే పరమాణువు పరిమాణంతో పోలిస్తే, కేంద్రావేశం వ్యాపించిన ప్రాంతం కనీసం కొన్ని వేల రెట్లు చిన్నదై ఉండాలి.
తర్వాత కేంద్రకం నిజమైన పరిమాణం ఇంకా ఎంతో చిన్నదని తెలిసినప్పుడు, ఈ తేడాను కళ్లకు కట్టడానికి ఒక ప్రసిద్ధమైన పోలిక వచ్చింది: పరమాణువును ఒక కేథడ్రల్‌ అంత పరిమాణానికి పెంచితే, కేంద్రకం దానిలోని చిన్న ఈగంత మాత్రమే ఉంటుంది.
ఎలక్ట్రాన్లు చాలా తేలికైనవని అప్పటికే తెలిసింది. అందువల్ల పరమాణువు ద్రవ్యరాశిలో అత్యధిక భాగం కూడా ఈ చిన్న కేంద్ర ప్రాంతంలోనే కేంద్రీకృతమై ఉండాలన్న చిత్రం క్రమంగా బలపడింది.
మనకు ఇప్పుడు చాలా సహజంగా అనిపించే “పరమాణువులో అత్యధిక భాగం ఖాళీ స్థలమే” అన్న మాటకు ఇక్కడ ఒక నిర్దిష్టమైన భౌతిక రూపం వచ్చింది. లెనార్డ్ పరమాణువులో చాలా భాగం ఖాళీగా ఉండవచ్చని ముందే ఊహించినప్పటికీ—ఆ విస్తారమైన ఖాళీ స్థలం మధ్యలో అతి చిన్న, అత్యంత బలమైన కేంద్రావేశం ఉండి తీరాలని రూథర్ఫర్డ్ చెదరింపు ప్రయోగాలు స్పష్టం చేశాయి.
అయినా 1911 నాటికి పరమాణువు సమస్య పూర్తిగా పరిష్కారం కాలేదు. ఆ కేంద్రంలో ఏముంది? దాని ఆవేశం కచ్చితంగా ఎంత? ఎలక్ట్రాన్లు ఎలా అమరి ఉన్నాయి? వీటన్నింటికీ మించి—ఈ పరమాణువు ఎలా స్థిరంగా నిలబడుతుంది? — ఇవన్నీ అప్పటికీ సమాధానం దొరకని ప్రశ్నలే.
1911 – కొత్త పరమాణువు
1911 మార్చి 7న మాంచెస్టర్‌ లిటరరీ అండ్ ఫిలసాఫికల్ సొసైటీ (Manchester Literary and Philosophical Society) సమావేశంలో రూథర్ఫర్డ్ తన సరికొత్త ఆలోచనను మొదటిసారి సంక్షిప్తంగా వివరించాడు.
ఇక్కడ సైన్స్ చరిత్రలో ఒక ఆసక్తికరమైన కాకతాళీయం ఉంది. సరిగ్గా 108 ఏళ్ల క్రితం, 1803లో జాన్ డాల్టన్‌ (John Dalton) తన నూతన పరమాణు సిద్ధాంతాన్ని మొదటిసారి ప్రకటించింది కూడా ఇదే మాంచెస్టర్‌ సొసైటీ వేదికపైనే. పరమాణువులను పదార్థపు మౌలిక ఇటుకలుగా డాల్టన్‌ నిలబెట్టిన అదే వేదికపై—శతాబ్దం తర్వాత రూథర్ఫర్డ్ ఆ పరమాణువు లోపల దాగున్న అతి సూక్ష్మమైన, బలమైన కేంద్రాన్ని ఆవిష్కరించాడు.
అదే ఏడాది మే నెలలో ఫిలసాఫికల్ మేగజైన్ పత్రికలో అతని పూర్తి పరిశోధనా పత్రం వెలువడింది: “The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom.”
ఆ పత్రంలో రూథర్ఫర్డ్ చేసిన నిర్ధారణ చాలా నిగ్రహంతో, పరిమితంగా చేసినదే — కానీ తర్వాతి భౌతికశాస్త్రాన్ని సమూలంగా మార్చివేసేంత మౌలికమైనది: పరమాణువు మధ్యలోని అతి సూక్ష్మమైన ప్రాంతంలో బలమైన విద్యుదావేశం కేంద్రీకృతమై ఉండాలి.
రూథర్ఫర్డ్ 1911లో ప్రతిపాదించిన చిత్రం మనం ఇప్పుడు ఊహించుకునే పరమాణు రూపంలా లేదు. మధ్యలో అతి చిన్న కేంద్రావేశం; దాని చుట్టూ పరమాణు పరిమాణమంతా వ్యాపించిన, దానికి సమానమైన వ్యతిరేక విద్యుదావేశ గోళం. పరమాణువు మొత్తం ఆవేశం అలా తటస్థమవుతుంది. పెద్ద కోణాల్లో ఆల్ఫా కణాలు మళ్లడాన్ని వివరించడానికి ఈ కేంద్రీకృత ఆవేశమే కీలకం.
ఇక్కడ అతను పాటించిన గొప్ప శాస్త్రీయ నిజాయితీని గమనించాలి: ఆ కేంద్రావేశం ధనావేశమా లేక రుణావేశమా అన్నది ఈ ఆల్ఫా చెదరింపు ప్రయోగం ఒక్కటితో తేలలేదని అతను స్పష్టంగా అంగీకరించాడు. ఎందుకంటే రూథర్ఫర్డ్ వేసిన లెక్కల్లో చెదరే కణాల పంపిణీ కేవలం కేంద్రావేశపు పరిమాణంపై మాత్రమే ఆధారపడింది తప్ప, దాని ధన/రుణ సంకేతంపై కాదు. అందుకే విశ్లేషణ సౌలభ్యం కోసం మాత్రమే ప్రస్తుతానికి దాన్ని ధనావేశంగా పరిగణిస్తున్నానని తన పత్రంలో రాశాడు.
ఇది విజ్ఞానశాస్త్రంలో పరిశోధకులు పాటించాల్సిన అత్యంత కీలకమైన క్రమశిక్షణను గుర్తుచేస్తుంది: ప్రయోగం చెప్పినదానికంటే ఎక్కువదాన్ని నిర్ధారణగా ప్రకటించకూడదు.
అలాగే 1911లో రూథర్ఫర్డ్ ఈ కేంద్రాన్ని మనం ఇప్పుడు పాఠ్యపుస్తకాల్లో చూసే “ప్రోటాన్లు, న్యూట్రాన్లు ఉండే కేంద్రకం”గా చిత్రించలేదు. అసలు అతని పత్రంలో nucleus అన్న పదమే లేదు; అతను మాట్లాడింది కేవలం central charge — కేంద్రావేశం గురించి మాత్రమే. కేంద్రకం లోపల ఏముందన్నది ఛేదించడం అప్పటికింకా చాలా దూరంలో ఉంది; న్యూట్రాన్‌ బయటపడటానికైతే మరో ఇరవై ఏళ్లకు పైగా పట్టింది (1932లో చాడ్విక్‌ కనుగొనేవరకు దాని ఉనికి తెలియదు).
రూథర్ఫర్డ్ పరమాణువు
కేంద్రావేశం గుర్తు తెలియకపోయినా, దాని పరిమాణాన్ని మాత్రం చెదరింపు లెక్కల నుంచి అంచనా వేయవచ్చు. బంగారం విషయంలో రూథర్ఫర్డ్ లెక్కలు కేంద్రావేశం సుమారు 100e స్థాయిలో ఉండాలని సూచించాయి. మనకు ఇప్పుడు తెలిసిన బంగారం కేంద్రక ఆవేశం +79e. వేర్వేరు మూలకాలలో ఈ కేంద్రావేశం పరమాణు భారంతో దాదాపు పెరుగుతున్నట్టు కూడా అతనికి కనిపించింది.
ఇక్కడ ఆవర్తన పట్టిక కథ మళ్ళీ మన ముందుకొస్తుంది. అంతకుముందు థామ్సన్ ఎలక్ట్రాన్ వలయాల అమరికలో మూలకాల ఆవర్తన ధర్మాలకు కారణం వెతికాడు. ఇప్పుడు రూథర్ఫర్డ్ పరమాణువు నడిబొడ్డున కొలవాల్సిన ఒక సరికొత్త పరిమాణాన్ని తెచ్చిపెట్టాడు — అదే కేంద్రావేశం.
దాంతో వెంటనే సరికొత్త ప్రశ్నలు పుట్టుకొచ్చాయి:
ఒక్కో మూలకానికి కేంద్రావేశం కచ్చితంగా ఎంత?
ఆ కేంద్రావేశానికి, ఆవర్తన పట్టికలో ఆ మూలకం ఉండే స్థానానికి ఏమైనా సంబంధం ఉందా?
రూథర్ఫర్డ్ 1911 పత్రం వీటికి సమాధానాలు చెప్పలేదు. ఎలక్ట్రాన్లు బయట ఎలా అమరి ఉంటాయో అతను చెప్పలేదు; రసాయన బంధాలు, పరమాణు వర్ణపటాలు (spectra), ఆవర్తన పట్టిక నియమాలు — ఇవేవీ అతను వివరించలేదు. అతని పరిశోధన సాధించిన విజయం ఒక్కటే: పెద్ద కోణాల్లో ఆల్ఫా కణాలు చెదరడాన్ని ఒక కేంద్రీకృత విద్యుదావేశం ద్వారా కచ్చితమైన లెక్కలతో సహా వివరించడం.
చివరికి పరమాణువు ఎలా స్థిరంగా నిలబడుతోందన్న అత్యంత మౌలికమైన చిక్కుముడిని కూడా రూథర్ఫర్డ్ ఆ పత్రంలో ఉద్దేశపూర్వకంగానే పక్కన పెట్టాడు. అది కేంద్రం చుట్టూ ఉన్న ఆవేశ కణాలు (charged parts) ఎలా అమరి ఉన్నాయి, ఎలా తిరుగుతున్నాయి అన్న దానిపై ఆధారపడి ఉంటుందని చెబుతూ, ఆ విషయాన్ని ప్రస్తుతానికి స్పృశించకుండా వదిలేశాడు.
అయినా పరమాణువు గురించి ఒక ప్రాథమిక సత్యం మాత్రం శాశ్వతంగా స్థిరపడిపోయింది:
పరమాణువు మధ్యలో అతి చిన్న, అత్యంత బలమైన విద్యుదావేశ కేంద్రం ఉంది.
అయితే దీంతో పరమాణు నిర్మాణం గురించిన కథ ముగిసిపోలేదు; అసలైన సమస్య ఇక్కడినుంచే మొదలైంది:
ఆ కేంద్రం చుట్టూ ఎలక్ట్రాన్లు ఎలా ఉన్నాయి? అవి ఎలా కదులుతున్నాయి? వీటన్నింటికీ మించి—ఈ పరమాణువు అసలు కూలిపోకుండా ఎలా స్థిరంగా ఉంటోంది?
కేంద్రక పరమాణువు – మోగని గంట
On History (page 257) అన్న వ్యాసంలో థామస్‌ కార్లైల్‌ (Thomas Carlyle) అంటాడు:
“గంట గంటకీ మన గడియారం మోగుతుంది; కానీ ఒక శకం ముగిసి మరో శకం మొదలైనప్పుడు విశ్వమంతా మారుమోగేలా కాలగడియారంలో ఏ గంటా మోగదు (no hammer in the Horologe of Time peals through the universe). తమ ఎదుట ఉన్నదానిని మనుషులు గ్రహించలేరు. నిబ్బరమే అసలైన బలానికి లక్షణమైనట్లే, అత్యంత గొప్ప శక్తులు నిశ్శబ్దంగానే పనిచేస్తాయి.”
1911లో రూథర్ఫర్డ్ కేంద్రక పరమాణువును ప్రతిపాదించినప్పుడు అక్షరాలా అదే జరిగింది.
ఆ ఏడాది మే నెలలో వెలువడిన అతని పరిశోధనా పత్రం ఆధునిక భౌతికశాస్త్ర గమనాన్ని మార్చిన గొప్ప మలుపు. కానీ ఇంతటి మౌలిక ఆవిష్కరణకు అప్పట్లో పెద్దగా స్పందన రాకపోవడం ఆశ్చర్యం కలిగిస్తుంది. Nature పత్రిక తన చివరి పేజీల్లో ఒక సమావేశ నివేదికగా ఒక చిన్న పేరా ప్రచురించి ఊరుకుంది తప్ప, ఆ పత్రం గురించి ఎలాంటి సమీక్షనీ ప్రచురించలేదు. అమెరికన్ జర్నల్ Science లోనైతే కనీస సమాచారమైనా లేదు.
భౌతికశాస్త్రవేత్త ఎడ్వర్డ్ ఆండ్రాడే (Edward Andrade) ఆ సమయంలో హైడెల్‌బర్గ్‌లో ఫిలిప్‌ లెనార్డ్ దగ్గర చదువుతున్నాడు. పరమాణు, ఎలక్ట్రాన్ భౌతికశాస్త్రాలపై అక్కడ ఎంతో ఆసక్తి ఉండేదని, విల్సన్‌ క్లౌడ్‌ ఛాంబర్‌ పరిశోధనలు మాత్రం గొప్ప ఉత్సాహాన్ని రేపాయని అతను తరువాత గుర్తుచేసుకున్నాడు. కానీ రూథర్ఫర్డ్ పత్రం గురించి అక్కడ ఎవరూ మాట్లాడుకున్నట్టు తనకు గుర్తులేదన్నాడు.
ఇంకా ఆశ్చర్యకరమైన విషయం అదే సంవత్సరం అక్టోబరు చివర్లో బ్రస్సెల్స్‌లో జరిగిన మొదటి సోల్వే సదస్సులో కనిపిస్తుంది. మాక్స్‌ ప్లాంక్‌, ఆల్బర్ట్‌ ఐన్‌స్టీన్‌, మేరీ క్యూరీ, హెన్రీ పోయంకరే, హెండ్రిక్‌ లారెంజ్‌ వంటి అగ్రశ్రేణి మేధావులతో పాటు రూథర్ఫర్డ్ కూడా పాల్గొన్నాడు. అప్పటికి రూథర్ఫర్డ్ కేంద్రక నమూనా పత్రం ప్రచురితమై ఐదు నెలలు గడిచింది. అయినా ఆ సదస్సు అధికారిక చర్చనీయాంశాల జాబితాలో అతని నమూనా అసలు చోటే చేసుకోలేదు.
1911 సోల్వే సదస్సులో మేరీ క్యూరీ వెనుక రూథర్ఫర్డ్
ఈ నిశ్శబ్దానికి కారణం లేకపోలేదు. అప్పట్లో పరమాణు నిర్మాణం ఇంకా ఊహాగానాల స్థాయిలోనే ఉండేది; ఒక్కో ప్రయోగాన్ని వివరించడానికి ఒక్కో తాత్కాలిక నమూనాను ఊహించడం పరిపాటి. రూథర్ఫర్డ్ కూడా రసాయన బంధాలనో, పరమాణు వర్ణపటాలనో పరిష్కరించానని చెప్పుకోలేదు; ఆల్ఫా కణాల చెదరింపును వివరించడానికి మధ్యలో కేంద్రావేశం ఉండాలన్న ప్రయోగ వాస్తవానికే పరిమితమయ్యాడు. సమకాలీనులకు ఇది పరమాణు రహస్యాలను విప్పే తాళంచెవిలా కాక, కేవలం చెదరింపు లెక్కల కోసం వాడిన మరో ప్రత్యేక నమూనాగా మాత్రమే తోచింది.
పరమాణు విజ్ఞానంలో ఒక కొత్త శకం మొదలైంది నిజమే; కానీ కార్లైల్‌ చెప్పిన కాలగడియారం ఆ రోజు నిజంగానే మోగలేదు.
కావెండిష్‌ నాయకత్వం, వ్యక్తిగత విషాదం, వారసత్వం (1919–1937)
1919లో రూథర్ఫర్డ్ ఒకప్పుడు తాను పరిశోధక విద్యార్థిగా అడుగుపెట్టిన ప్రసిద్ధ కావెండిష్‌ ప్రయోగశాలలో, తన గురువు జె. జె. థామ్సన్ స్థానంలో కావెండిష్‌ ప్రొఫెసర్‌గా బాధ్యతలు స్వీకరించాడు. ఆ తర్వాత పద్దెనిమిదేళ్లపాటు, కన్నుమూసే వరకూ అక్కడే కొనసాగాడు.
రూథర్ఫర్డ్ గొప్పతనం కేవలం తన సొంత పరిశోధనలకే పరిమితం కాలేదు. యువ శాస్త్రవేత్తల్లో ఉన్న ప్రతిభను గుర్తించి, వారిని సరైన సమస్యల వైపు నడిపించగల అరుదైన నాయకత్వ పటిమ అతనికి ఉంది. అతని నేతృత్వంలో కావెండిష్‌ ప్రయోగశాల కేంద్రక భౌతికశాస్త్రానికి ప్రపంచంలోనే అగ్రగామి పరిశోధనా కేంద్రంగా మారింది.
కావెండిష్‌లో రూథర్ఫర్డ్ తీర్చిదిద్దిన పరిశోధనా సంస్కృతి వెనుక ఒక స్పష్టమైన దృక్పథం ఉంది. 1923లో బ్రిటిష్‌ అసోసియేషన్‌ ఫర్‌ ది అడ్వాన్స్‌మెంట్‌ ఆఫ్‌ సైన్స్ అధ్యక్షోపన్యాసంలో అతను చెప్పిన మాటలు అతని శాస్త్రీయ తత్వాన్ని స్పష్టంగా చాటుతాయి:
“వెల్లువలా సాగుతున్న భౌతికశాస్త్ర పురోగతిని చూస్తున్నకొద్దీ, ప్రకృతి గురించి మన జ్ఞానాన్ని విస్తరించడంలో శాస్త్రీయ పద్ధతికి ఉన్న అపారమైన శక్తి నన్ను మరింతగా ఆకట్టుకుంటోంది. ఒక వ్యక్తిదైనా, అంతకంటే మిన్నగా భిన్న ఆలోచనా దృక్పథాలున్న కొందరిదైనా — క్రమశిక్షణతో కూడిన ఊహాశక్తి నడిపించే ప్రయోగం, ఎంతటి గొప్ప ప్రకృతి తత్వవేత్త ఒంటరి ఊహకైనా అందని ఫలితాలను సాధించగలదు. ఊహ లేని ప్రయోగమైనా, ప్రయోగం తోడులేని ఊహైనా పెద్దగా సాధించేదేమీ ఉండదు; నిజమైన పురోగతికి ఈ రెండు శక్తుల సమన్వయం తప్పనిసరి. తెలియనిది మన కళ్లముందు దట్టమైన పొగమంచులా నిలుస్తుంది. ఆ చీకటిని ఛేదించడానికి ఏ మహామేధావుల సహాయాన్నో ఆశించలేం; తగిన శిక్షణ పొందిన, శాస్త్రీయ ఊహాశక్తి కలిగిన అనేకమంది సాధారణ పరిశోధకుల సమిష్టి కృషిపైనే మనం ఆధారపడాలి.”
రూథర్ఫర్డ్ స్వయంగా అసాధారణమైన ప్రయోగశీలి; అయితే ఊహాశక్తి తోడవకుండా ప్రయోగం గొప్ప సైన్స్‌ను సృష్టించలేదని అతనికి బాగా తెలుసు. గైగర్, మార్స్డెన్, చాడ్విక్‌ వంటి ప్రతిభావంతులతో అతను సాధించిన విజయాలు సరిగ్గా ఈ సమన్వయానికే నిదర్శనాలు.
రూథర్ఫర్డ్ వ్యక్తిగత జీవితంలో 1930 చివర్లో తీరని విషాదం ఎదురైంది. రూథర్ఫర్డ్, మేరీ దంపతుల ఏకైక కుమార్తె ఐలీన్‌. కావెండిష్‌లోనే పనిచేసిన ప్రతిభావంతుడైన గణిత భౌతికశాస్త్రవేత్త రాల్ఫ్‌ ఫౌలర్‌ను (Ralph Fowler) ఆమె వివాహం చేసుకుంది. నాల్గవ బిడ్డకు జన్మనిచ్చిన తొమ్మిది రోజులకే, 1930 డిసెంబరులో, కేవలం ఇరవై తొమ్మిదేళ్ల వయసులోనే ఐలీన్‌ కన్నుమూసింది.
ఆ తీరని శోకంలో ఉండగానే, సరిగ్గా కొద్ది రోజులకే వెలువడిన 1931 నూతన సంవత్సర గౌరవాల జాబితాలో అతనికి ‘బారన్‌ రూథర్ఫర్డ్ ఆఫ్‌ నెల్సన్‌’ (Baron Rutherford of Nelson) బిరుదు ప్రకటించారు. జీవితంలో దక్కిన అత్యున్నత అధికారిక గౌరవాల్లో ఒకటి, అతని జీవితంలో అత్యంత దుఃఖకరమైన సమయంలో వచ్చింది.
వ్యక్తిగత జీవితంలో ఎంతటి వేదన ఎదురైనా, కావెండిష్‌లో పరిశోధనల పట్ల అతని నిబద్ధత సడలలేదు. చివరిదాకా కొత్త తరం శాస్త్రవేత్తలను ప్రోత్సహిస్తూ, కేంద్రకం గురించిన మిగిలిన రహస్యాల శోధనను ముందుకు నడిపిస్తూనే ఉన్నాడు.
1937 అక్టోబరు 19న, అరవై ఆరేళ్ల వయసులో, హెర్నియా శస్త్రచికిత్స అనంతరం తలెత్తిన సమస్యలతో కేంబ్రిడ్జిలో కన్నుమూశాడు. అతని చితాభస్మాన్ని లండన్‌లోని వెస్ట్‌మినిస్టర్‌ అబ్బేలో, ఐజాక్‌ న్యూటన్, లార్డ్‌ కెల్విన్‌ సమాధుల సమీపంలో నిక్షిప్తం చేశారు.
న్యూజిలాండ్‌లోని ఒక మారుమూల చిన్న గ్రామంలో మొదలైన రూథర్ఫర్డ్ ప్రయాణం వెస్ట్‌మినిస్టర్‌ అబ్బేలో న్యూటన్ పక్కన ముగిసింది.
కొత్త పరమాణువు – కొత్త చిక్కు
రూథర్ఫర్డ్ జీవిత ప్రయాణం అలా ముగిసింది గానీ, మనం మళ్లీ 1911 నాటి ఆవిష్కరణ ఘట్టానికి వెళితే — ఆల్ఫా కణాల చెదరింపును వివరించడంలో అతని నమూనా చక్కగా పనిచేసింది; కానీ అసలు పరమాణువు ఎలా స్థిరంగా నిలబడుతోంది? మూలకాల వర్ణరేఖలు (spectral lines) ఎలా పుడుతున్నాయి? అన్న ప్రాథమిక ప్రశ్నలకు అది సమాధానం ఇవ్వలేకపోయింది. అసలు 1911లో రూథర్ఫర్డ్ ఎలక్ట్రాన్లు బయట ఎలా అమరి ఉన్నాయన్నదాని జోలికే వెళ్లలేదు.
ఆ సమస్యలను వివరించడానికి థామ్సన్ పాత నమూనాలోని ఒక ఆలోచనను ఇంకా పట్టుకోవాల్సి వచ్చింది: ఎలక్ట్రాన్లు పరమాణు కేంద్రం చుట్టూ వలయాలుగా కదులుతున్నాయని. రూథర్ఫర్డ్ కేంద్రాన్ని దానికి జోడిస్తే, ఆ చిత్రం నాగాఓకా శని నమూనాను పోలి కనిపించింది.
కానీ ఇక్కడే ఒక విచిత్రమైన సంకటం వచ్చిపడింది. పరమాణువులో ఎలక్ట్రాన్లు కదలకుండా నిశ్చలంగా ఉన్నాయనుకుంటే, కేంద్రకంలోని బలమైన ధనావేశం వాటిని వెంటనే లోపలికి లాగేసుకుంటుంది; పరమాణువు వెనువెంటనే కూలిపోతుంది. (కేంద్రకం–ఎలక్ట్రాన్ల మధ్యనున్న విస్తారమైన ఖాళీ స్థలం నిలవదు; పరమాణువు కేంద్రం వైపు ముడుచుకుపోతుంది.)
సరే, అలా పడిపోకుండా ఉండటానికే అవి కేంద్రకం చుట్టూ తిరుగుతున్నాయనుకుంటే — అంతకంటే తీవ్రమైన సమస్య సాంప్రదాయ విద్యుదయస్కాంత సిద్ధాంతం నుంచి ఎదురైంది. వృత్తాకార మార్గంలో తిరిగే ఎలక్ట్రాన్ నిరంతరం దిశ మారుస్తూ త్వరణంలో (acceleration) ఉంటుంది. ఆ సిద్ధాంత నియమాల ప్రకారం, త్వరణంలో ఉన్న ఏ విద్యుదావేశ కణమైనా నిరంతరం శక్తిని వికిరణ రూపంలో వెదజల్లుతూ ఉండాలి. అలా శక్తి క్షీణిస్తూ పోతే ఎలక్ట్రాన్ కక్ష్య క్రమంగా కుంచించుకుపోతూ, చివరకు సెకనులో ఏ అతి సూక్ష్మ భాగంలోనో సర్పిలాకారంలో (spiral) తిరుగుతూ కేంద్రకంలో పడిపోవాలి.
కదలకపోయినా కూలిపోతుంది; తిరుగుతున్నా కూలిపోతుంది.
ఈ సమస్య అత్యంత తీవ్రంగా కనిపించింది హైడ్రోజన్‌లో. ఇంతకుముందు చూసినట్లు హైడ్రోజన్‌ పరమాణువులో ఉండేది కేవలం ఒకే ఒక్క ఎలక్ట్రాన్. క్లాసికల్‌ భౌతికశాస్త్ర సూత్రాలను అక్షరాలా వర్తింపజేస్తే, ఆ ఒంటరి ఎలక్ట్రాన్ శక్తిని కోల్పోతూ చాలా కొద్దిసేపటిలోనే కేంద్రకంలో పడిపోయి పరమాణువు నాశనం కావాలి.
కానీ విశ్వంలో హైడ్రోజన్‌ ఉంది — అదీ అత్యంత సమృద్ధిగా ఉంది.
మరి ఆ హైడ్రోజన్‌ పరమాణువు ఎందుకు కూలిపోవడం లేదు?
రూథర్ఫర్డ్ నమూనా ఆల్ఫా కణాల చెదరింపును చక్కగా వివరించింది కానీ, అసలు పదార్థం ఎందుకు స్థిరంగా ఉంది అన్న సరికొత్త చిక్కుముడిని విజ్ఞానశాస్త్రం ముందుంచింది.
ఒకప్పుడు ఎలక్ట్రాన్‌ను కనుగొన్న జె. జె. థామ్సన్ దగ్గర పరిశోధన చేసిన యువ రూథర్ఫర్డ్ పరమాణువు మధ్యలో కేంద్రకాన్ని కనుగొన్నాడు. ఇప్పుడు రూథర్ఫర్డ్ దగ్గరకు వచ్చిన మరో యువ శాస్త్రవేత్త, పరమాణువు ఎదుర్కొన్న స్థిరత్వ సమస్యకు కొత్త దారి చూపబోతున్నాడు.
ఆ కథ వచ్చే సంచికలో.
మూలాలు:
- John L. Heilbron. Ernest Rutherford: And the Explosion of Atoms. Oxford University Press, 2003.
- Pais, Abraham. Inward Bound: Of Matter and Forces in the Physical World. Oxford University Press, 1986.
- E. N. da C. Andrade. Rutherford and the Nature of the Atom. Doubleday, Garden City, New York, 1964.
