Lịch sử Nguyên Tử - Phần 3
Vào mùa hè năm 1900, khi Rutherford trở về Tân Tây Lan để cưới
vợ thì Frédérick Soddy tới Montreal. Soddy khi đó mới 22 tuổi, năm trước
vừa đậu văn bằng Hóa Học tại trường Đại Học Oxford, nhưng vì không
kiếm nổi việc làm tại nước Anh nên Soddy đành sang Canada. Trong thời
gian lưu lại Montreal, Soddy đã lóa mắt trước các phòng thí nghiệm lộng lẫy
do Sir William Macdonald, vua thuốc lá, xây dựng cho trường Đại Học
McGill. Vì vậy Soddy tình nguyện nhận chân nghiệm chế viên hóa học.
Chính tại phòng thí nghiệm của Rutherford, Soddy được giao phó việc khảo
sát chất Thorium. Soddy và Rutherford đã tìm ra một hóa chất còn nghi ngờ
với tên gọi là Thorium X.
Khi trở về làm việc tại Cambridge, Rutherford khảo sát sự “i ông”
hóa và thấy rằng Uranium phát ra hai loại tia mà ông đặt tên là tia alpha và
tia bêta. Sau đó nhà vật lý học trẻ tuổi của trường Đại Học McGill là Arthur
Gorden Grier nhận thấy rằng Thorium cũng như Uranium chỉ cho tia alpha
trong khi Uranium X và Thorium X phát ra tia bêta.
5/ Ngành Vật Lý Nguyên Tử vào đầu thế kỷ 20.
Vào đầu mùa hè năm 1902, Rutherford và Soddy cùng viết các bài
phúc trình trên Tạp Chí The Philosophical Magazine xuất bản tại London.
Khi gần viết hết loạt bài này thì tư tưởng của hai nhà bác học này lại chuyển
sang ý niệm về sự biến dịch (transmutation). Rutherford và Soddy đã đề cập
tới lý thuyết của sự biến đổi (La Théorie de la Transformation) và lý thuyết
này trở nên rất thích nghi vào các năm 1902/1903. Rutherford và Soddy còn
viết thêm bản tường trình cuối cùng trước khi Soddy nhận chức vụ tại phòng
thí nghiệm của Giáo Sư William Ramsay.
Ít lâu sau ngày khí Argon được khám phá, có người đã báo cho nhà
bác học Ramsay biết rằng có một khoáng chất, chất cléveite, khi cho hòa tan
vào trong một acít, đã để bốc ra một thứ khí có thể là Argon. Ramsay liền
làm thí nghiệm về chất cléveite và đã thấy rằng đó không phải là Argon, mà
là Hélium.
Thời bấy giờ Rutherford và Soddy đều đã khuyến cáo rằng khí
Hélium có thể là một nguyên tố do từ sự biến dịch của các chất Uranium và
Radium. Vì thế từ mùa xuân năm 1903, Rutherford tìm cách lấy khí Hélium
từ chất Radium trong khi Soddy lại nghĩ tới việc tạo ra Radium từ Uranium.
Thật là may mắn cho Soddy khi ông được cộng tác với Ramsay vì nhà khoa
học này ngoài việc khám phá ra khí Argon với Lord Rayleigh, còn tự tìm ra
nhiều khí hiếm khác cùng một họ, đó là các khí Hélium, Néon, Krypton,
Xénon. Soddy cùng Ramsy đã khảo sát khí Hélium để rồi đi đến kết luận
Hélium là một thứ khí hiếm mà cũng là một nguyên tố có các đặc tính cá
biệt. Hai nhà bác học này đã nhận thức được rằng một chất có thể biến dịch
từ một chất khác và như vậy, lý thuyết của Rutherford và Soddy mới đề cập
15 tháng trước đây được kể như đúng với sự thật. Nhưng giới khoa học phải
đợi tới mùa xuân năm 1905, lý thuyết về sự biến đổi mới được Rutherford
chứng minh một cách đầy đủ, trừ chất Polonium, chất này được cắt nghĩa
vào mùa hè năm 1906. Nhờ lý thuyết biến đổi, các nhà bác học đã có thể cắt
nghĩa về các chất phóng xạ.
Trong các năm đầu của thế kỷ 20, việc khảo cứu chất phóng xạ được
nhiều nhà bác học theo đuổi, chẳng hạn như Giáo Sư Willy Marckwald
thuộc trường Đại Học Berlin, Stephan Meyer và nhà vật lý Egon von
Schweidler, nhà hóa học kiêm vật lý thuộc trường Đại Học Vienne,
Heinrich Greinacher và Karl Herrmann, hai Giáo Sư người Đức,
Herbert N. McCoy, một nhà hóa học trẻ tuổi tại trường Đại Học Chicago,
Bertram Boltwood, nhà hóa học tại New Haven, Hoa Kỳ.
Đầu năm 1907, Giáo Sư Arthur Schuster thuộc trường Đại Học
Manchester, nước Anh, muốn về hưu. Ông ngỏ ý mong được Rutherford
thay thế mình. Lúc bấy giờ Rutherford đang ở McGill và đã trở nên vững
vàng về địa vị cũng như tiền bạc, nhưng Đại Học McGill lại ở xa trung tâm
thế giới khoa học của thời đó là châu Âu, trong khi tại châu Mỹ, việc khảo
cứu khoa học vẫn còn bị coi là thứ xa xỉ. Cũng vì vậy Rutherford đành
xuống tầu vào giữa tháng 5 năm đó để trở về nước Anh. Khi tới Manchester,
Rutherford gặp Hans Geiger mới đến nhận việc. Geiger khi đó vừa mới đậu
Tiến Sĩ từ trường Đại Học Erlangen và tới Manchester không phải với tư
cách sinh viên hay nhân viên giảng huấn mà chỉ để khảo cứu môn vật lý.
Geiger được Rutherford giao cho công việc làm phát triển phương pháp I
ông hóa và chủ đích của công việc này là tìm cách sáng chế một dụng cụ
dùng để đếm các hạt alpha.
Geiger và Rutherford đã dùng lại phát minh của John S. Towsend,
một người bạn cũ của Rutherford tại Cambridge và bổ túc bằng những ý
kiến của nhà toán học trẻ tuổi Paul J. Kirby. Hai nhà bác học kể trên đã
hoàn thành một máy đếm (compteur) nhờ đó người ta đếm được các hạt điện
tử. Rutherford và Geiger còn suy ra vào mùa hè năm 1908 rằng hạt điện tử
alpha giống hệt như nguyên tử Hélium. Ít lâu sau, Rutherford biết tin ông
được trao Giải Thưởng Nobel 1908 về Hóa Học.
Từ đầu năm 1909, với sự phụ tá của Geiger và Ernest Marsden, một
sinh viên trẻ tuổi, Rutherford vẫn tiếp tục nghiên cứu về các chất phóng xạ
để rồi tới tháng 5 năm 1911, ông cho phổ biến trên tạp chí The Philosophical
Magazine ý tưởng về một kiểu mẫu nguyên tử. Nguyên tử khi đó được quan
niệm là một khoảng trống không, bên ngoài có các điện tử di chuyển chung
quanh một tâm phân tán theo một điện trường có cường độ giảm theo bình
phương khoảng cách. Tâm phân tán này rất nhỏ, có điện dương và khối
lượng tương đối rất lớn. Lý thuyết nguyên tử của Rutherford giống như thái
dương hệ, đã cho phép cắt nghĩa được nhiều hiện tượng nhưng một trở ngại
được nêu lên. Nếu có các điện tử xoay quanh nhân, thì chắc hẳn phải có sự
phát ra ánh sáng và do đó, sinh ra sự co lại của các quỹ đạo khiến cho các
điện tử sẽ bị rơi vào nhân trong khi theo sự nhận xét, điều này đã không xẩy
ra.
Tới mùa xuân năm 1912, tất cả khoa học gia tại Manchester đều công
nhận kiểu mẫu nguyên tử của Rutherford nhưng chính vào lúc này, một du
khách tới Manchester: Niels Bohr. Bohr là con của một Giáo Sư Sinh Lý
Học thuộc trường Đại Học Copenhague. Ông vừa đậu xong văn bằng Tiến
Sĩ Vật Lý và sang nước Anh để học hỏi thêm. Sau 4 tháng, Bohr trở về
Copenhague với nhiều kiến thức thu lượm được.