ラザフォード散乱と物理学間の類似点
ラザフォード散乱と物理学は(ユニオンペディアに)共通で10ものを持っています: 原子核、ラザフォードの原子模型、ブドウパンモデル、アーネスト・ラザフォード、ジョゼフ・ジョン・トムソン、質量、電荷、速度、陽子、1911年。
原子核
原子核(げんしかく、atomic nucleus)は、単に核(かく、nucleus)ともいい、電子と共に原子を構成している。原子の中心に位置する核子の塊であり、正の電荷を帯びている。核子は、基本的には陽子と中性子から成っているが、通常の水素原子(軽水素)のみ、陽子1個だけである。陽子と中性子の個数、すなわち質量数によって原子核の種類(核種)が決まる。 原子核の質量を半経験的に説明する、ヴァイツゼッカー=ベーテの質量公式(原子核質量公式、他により改良された公式が存在する)がある。.
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ラザフォードの原子模型
ラザフォードの原子模型は、アーネスト・ラザフォードが提案した原子の内部構造に関する原子模型。惑星モデルとも。ラザフォードは1909年に有名なガイガー=マースデンの実験を指揮し、1911年にこの原子模型を発表。J・J・トムソンの「ブドウパンモデル」が正しくないと示唆した。実験結果に基づき、従来よりも小さな中心核(すなわち原子核)に原子量の大部分と電荷が集中しているとした原子模型である。 ラザフォードの原子模型では、原子内での電子構造については何も進展していなかった。その点についてラザフォードは単に、太陽の周りを回る惑星のように多数の小さな電子が中心核の周囲を回っているか、土星の輪のように回っているという従来からあった原子模型について言及しているだけである。しかし、より小さな中心核に質量のほとんどが集中しているとしたことで太陽系との類似点が大きくなり、従来よりも太陽と惑星の比喩が的確となった。.
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ブドウパンモデル
原子のブドウパンモデルの模式図。トムソンの数理モデルでは、"corpuscles"(電子)が無作為ではなく回転する環にそって配置されている。 ブドウパンモデルまたはプラムプディングモデル(plum pudding model)とは、原子の内部構造に関する原子模型の一つ。J・J・トムソンが、(まだ原子核が発見されていなかった)1904年に発表したモデルが特に知られる。この模型では、正の電荷のスープの中に負の電荷を持った微粒子が散らばっていて、全体として電荷の均衡が保たれているとしている。ちょうどプラムの果実が負の電荷を持つ粒子で、それが正の電荷を持つ「プディング」に取り囲まれているようであることから「プラムプディングモデル」と名付けられた。日本では当時「プラム」も「プディング」もなじみがなかったため「ブドウパン」と訳された。 トムソンのモデルでは、電子は原子内で静止しているわけではなく、環状の軌道を描いて運動しているとされた。単純化のために、軌道は平面上の同心円環に限定されたヘリガ・カーオ「20世紀物理学史」 名古屋大学出版会。一例を挙げると、電子数37の原子では、4つの同心円環に内側から1、8、12、16個の電子が入る。円軌道を描く電子は電磁波を放射してエネルギーを失うが、電子数が増えるにつれて放射が劇的に減少するため、力学的にも放射的にも安定とされた(1904年当時、物質中の電子数は分かっておらず、水素原子にも数千個の電子がある可能性が考えられていた)。 それまでトムソンは原子が非物質的な渦巻で構成されているとする「星雲原子 (nebular atom)」仮説を提唱していた。ブドウパンモデルでは負の電荷を持つ微粒子が導入されたものの、正の電荷を担っているのが何なのかがわからず、相変わらず星雲のようなあやふやな定義に留まっていた。 トムソンのモデルは1904年から1910年までの時期でもっとも人気のあった原子モデルだった。その理由の一つとして、このモデルは、当時提唱されていた正の中心核をもつ原子模型と比較すると、安定性が高かった吉田伸夫「光の場、電子の海―量子場理論への道」 新潮社。例えば、中心核をもつモデルでは、軌道が乱れると徐々にエネルギーを失って核と電子が合体してしまうが、ブドウパンモデルでは軌道が崩れても周囲からエネルギーを吸収して再び安定軌道に戻ることができる。 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。 トムソンの原子模型はイギリスの伝統的な菓子であるプラムプディングのようであることから、そのように名付けられた(トムソン本人の命名ではない)。トムソンの論文は1904年3月、学術雑誌 Philosophical Magazine に掲載された。トムソンは次のように記している。 トムソンの原子模型では、電子は正に帯電した球形の雲の中を動き、電子が大きな軌道を描くとその内側の正の電荷の量が大きくなるため、内側に引っ張られる力が強くなり、軌道が安定するとされている。また電子は環状の軌道を描いて運動しており、電子同士の相互作用でさらに軌道が安定するとされる。トムソンはいくつかの元素の既知の主要なスペクトル線をこの模型で説明しようとしたが、あまりうまくいかなかった。また、2次元平面上の電子の運動を、3次元へ拡張することは数学的に難しく実行できなかった。いずれにしてもトムソンのブドウパンモデル(および同じ1904年に長岡半太郎が提唱した土星型原子模型)は、後のボーアの原子模型へと至る重要な一歩だったと言える。 トムソンのモデルは、正電荷が連続的に広がっていることを除けば土星型モデルに似ており、ブドウパン(やプラムプディング)の語感から受ける、粒子が乱雑に分布している印象とは異なっているアルベルト・マルチネス「ニュートンのりんご、アインシュタインの神: 科学神話の虚実」 青土社。そのため「ブドウパン」や「プラムプディング」という呼び方は不適切と評されることもある。1900年頃に発表されたケルビン卿の原子モデルは、より右上図のようなブドウパン(やプラムプディング)に近いモデルである。.
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アーネスト・ラザフォード
初代ネルソンのラザフォード男爵アーネスト・ラザフォード(Ernest Rutherford, 1st Baron Rutherford of Nelson, OM, FRS, 1871年8月30日 - 1937年10月19日)は、ニュージーランド出身、イギリスで活躍した物理学者、化学者。 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。 1908年にノーベル化学賞を受賞。ラザフォード指導の下、チャドウィックが中性子を発見、コッククロフトとウォルトンが加速器を使った元素変換の研究、エドワード・アップルトンが電離層の研究でノーベル賞を受賞している。後にラザホージウムと元素名にも彼は名を残している。.
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ジョゼフ・ジョン・トムソン
ー・ジョゼフ・ジョン・トムソン(Sir Joseph John Thomson, 1856年12月18日-1940年8月30日)は、イギリスの物理学者。しばしばJ.
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質量
質量(しつりょう、massa、μᾶζα、Masse、mass)とは、物体の動かしにくさの度合いを表す量のこと。.
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電荷
電荷(でんか、electric charge)は、素粒子が持つ性質の一つである。電気量とも呼ぶ。電荷の量を電荷量という。電荷量のことを単に電荷と呼んだり、電荷を持つ粒子のことを電荷と呼んだりすることもある。.
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速度
速度(そくど、velocity)は、単位時間当たりの物体の位置の変化量である。.
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陽子
陽子(ようし、())とは、原子核を構成する粒子のうち、正の電荷をもつ粒子である。英語名のままプロトンと呼ばれることも多い。陽子は電荷+1、スピン1/2のフェルミ粒子である。記号 p で表される。 陽子とともに中性子によって原子核は構成され、これらは核子と総称される。水素(軽水素、H)の原子核は、1個の陽子のみから構成される。電子が離れてイオン化した水素イオン(H)は陽子そのものであるため、化学の領域では水素イオンをプロトンと呼ぶことが多い。 原子核物理学、素粒子物理学において、陽子はクォークが結びついた複合粒子であるハドロンに分類され、2個のアップクォークと1個のダウンクォークで構成されるバリオンである。ハドロンを分類するフレーバーは、バリオン数が1、ストレンジネスは0であり、アイソスピンは1/2、超電荷は1/2となる。バリオンの中では最も軽くて安定である。.
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1911年
記載なし。
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ラザフォード散乱と物理学の間の比較
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参考文献
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