ما قيل عن الفرق بين السرعتين في حالة الإلكترونات يقال في حالة جسيمات ألفا، فجسيمات ألفا التي تستحدث صناعيًا داخل الأنابيب الغازية المفرغة، والتي تعرف بأشعة القناة، ربما تصل سرعتها إلى جزء من مائة جزء من سرعة الضوء، أما جسيمات ألفا الصادرة عن عنصر الراديوم فتصل سرعتها إلى عشرة أمثال هذا المقدار، ولما كان وزن جسیم ألفا يعادل أربعة أمثال وزن ذرة الهيدروجين فإن اجتماع وزنه وسرعته معا يجعله قذيفة لها خطرها إذا أطلقت على الذرات عاملة على تفتيتها، فهي بمثابة قنابل يمكن إطلاقها على ذرات العناصر ، فإذا اصطدمت بذرة اصطداما عنيفًا هزّتها، وربما طردت بعض أجزائها خارجها.

وأول من استخدم جسيمات ألفا كقنابل يطلقها على ذرات العناصر هو العالم الإنجليزي اللورد رذرفورد أستاذ الطبيعيات بجامعة كامبردج، ونحن إذا وصفنا تجارب رذرفورد على أنها إطلاق لقنابل ذرية فإننا لا نقصد بالقنابل الذرية تلك القنابل التي ألقيت على هيروشيما وناكازاكي والتي سميت قنابل ذرية؛ لأن طاقتها مستمدة من داخل الذرات، أما القنابل التي أطلقها رذرفورد داخل معمله فهي قنابل ذرية، بمعنى انها هي نفسها ذرات أو أجزاء من ذرات تُطلق على الذرات ولما كانت كتلة القنبلة التي هي جسيم ألفا لا تزيد على سبعة أجزاء من مليون مليون مليون مليون جزء من الجرام فإن أبحاث رذرفورد لم تسترع إلا انتباه العلماء الذين يقيسون الأمور بمقياس المنطق والمعرفة وليس بمقياس القوة الغاشمة، ومع ذلك فإن قنابل رذرفورد الذرية المتناهية في الصغر والضآلة هي التي فتحت خزائن الطاقة الذرية لمن يريد أن يستخدمها في التخريب والتدمير.

النتيجة الأولى لأبحاث رذرفورد - النواة

وحتى عام 1911 لم يكن العلماء يعرفون إلا القليل عن طريقة اجتماع أجزاء الذرة في داخلها، فالذرة تحتوي على جسيمات مكهربة، ولكن كيف تأتلف هذه الجسيمات؟ وهل تجتمع كلها في حيز صغير فتوزع فيه توزيعا منتظما؟ وإذا كان التوزيع غير منتظم فبأي كيفية هو؟

وقد أدت بحوث رذرفورد إلى نتيجة هامة لا تزال ترشد الباحثين إلى يومنا هذا؛ ألا وهي أن الذرة مؤلفة من نواة أصغر كثيرًا من الذرة ذاتها، تحيط بها إلكترونات تتحرك في فضاء يحيط بالنواة، فالذرة عبارة عن نواة تحيط بها إلكترونات والإلكترونات خارجية في تركيب الذرة؛ أي إنها تشغل الجزء الخارجي فيها، أما النواة فهي المركز الذي تجتمع حوله الذرة، والنواة هي التي تتركز فيها مادة الذرة بحيث يكون وزن النواة مساويا تقريباً لوزن الذرة بأكملها ولا يقل عنه إلا قليلا، والسبب في ذلك: أن الجزء الخارجي من الذرة - وهو الإلكترونات - خفيف جدًّا، وقد سبق القول إن وزن الإلكترون لا يزيد عن جزء من 1800 جزء من وزن أخف ذرة نعرفها وهي ذرة الهيدروجين،⁽¹⁾ فأبحاث رذرفورد هي التي أكدت للعلماء أن لكل ذرة نواة تحتوي على الجزء الأعظم من وزن الذرة، ويختلف عدد الإلكترونات المحيطة بالنواة باختلاف الذرات: فذرة الهيدروجين لها نواة يحيط بها إلكترون، وذرة الهيليوم لها نواة يحيط بها إلكترونان اثنان وذرة الحديد لها نواة يحيط بها ستة وعشرون إلكتروناً، وهكذا، ولا يزيد قطر النواة عن جزء من عشرة آلاف جزء من قطر الذرة نفسها، أما قطر الذرة فيتراوح بين جزء من مائة مليون جزء، وجزء من عشرة ملايين جزء من السنتيمتر.

 وقد ثبت أن جسيمات ألفا إن هي إلا نوى عنصر الهيليوم، كما أطلق اسم البروتون على نواة الهيدروجين، الخفيف، واستُخدمت البروتونات في مهاجمة الذرات بنفس الطريقة التي استخدمت بها جسيمات ألفا، إلا أنه لما كان وزنها يعادل ربع وزن جسيمات ألفا فإن مقدرتها على تجزئة النواة تكون أقل تبعًا لذلك، ويحمل البروتون نصف ما يحمله جسيم ألفا من الكهرباء الموجبة، وهذا يساوي في المقدار ويخالف في النوع ما يحمله الإلكترون.

النتيجة الثانية لأبحاث رذرفورد - تحويل العناصر

عندما أطلق رذرفورد جسيمات ألفا على غاز الأزوت تحقق حلم قديم للكيميائيين، ألا وهو تحويل العناصر الواحد منها إلى الآخر، والذي حدث هو أن جسيم ألفا دخل في تكوين نواة الأزوت وخرج من النواة في الوقت ذاته بروتون، فتحولت النواة من نواة أزوت إلى نواة أوكسجين، ومع أن تحول العناصر من عنصر إلى آخر كان معروفا في دائرة العناصر ذات النشاط الإشعاعي كالراديوم، إلا أن هذه الظاهرة كانت محدودة النطاق، أما تحويل عنصر مثل عنصر الأزوت إلى عنصر آخر مثل عنصر الأوكسجين فلم يكن في طاقة البشر ، والتجارب التي أجراها رذرفورد لم تكن تجارب كيميائية، فالتحويل إنما حدث لعدد قليل من الذرات بحيث تعجز الوسائل الكيميائية عن امتحانه أو التعرف عليه، ومع ذلك فقد برهن رذرفورد وأتباعه على أن ذرة الأزوت قد تحولت فعلا إلى ذرة الأوكسجين، وبذلك بدأ عصر جديد في علم الطبيعة وعلم الكيمياء على حد سواء.

هوامش

(1) تمييزا له عن الهيدروجين الثقيل.