Fisica nucleare e subnucleare/Da Thomson a Rutherford

Possiamo dire che lo studio delle particelle elementari è iniziato alla metà dell'Ottocento, con lo studio dei raggi catodici; in particolare si determinò che erano deflessi da campi magnetici, con deflessione consistente con cariche negative, e hanno le stesse caratteristiche indipendentemente da come sono formati. Si suppose quindi che questi fossero composti da particelle cariche, e Thomson nel 1897 riuscì a misurarne il rapporto carica/massa, scoprendo di fatto gli elettroni. Nel 1909, poi, Millikan effettuò il famoso esperimento col quale riuscì a misurarne direttamente la carica. Nel frattempo, in molti stavano cominciando a studiare fenomeni radioattivi: Becquerel ad esempio scoprì che i materiali fluorescenti emettono anche senza essere eccitati. Rutherford, poi, scoprì che in questi processi vengono emessi due tipi di particelle che denominò $\alpha$ e $\beta$, e che le particelle $\beta$ hanno le stesse proprietà degli elettroni.

Il metodo investigativo che sta alla base dello studio della materia è partito sostanzialmente dall'esperimento di Rutherford. La tecnica utilizzata da Rutherford è sostanzialmente identica a quelle attualmente usate negli acceleratori, con la differenza che a oggi i collider sono molto più diffusi di esperimenti a targhetta fissa. Ciò che Rutherford scoprì è che alcune particelle $\alpha$ lanciate contro un sottile foglio d'oro e con energie di circa 5.5 MeV venivano deflesse moltissimo, o addirittura riflesse all'indietro. Fu con questo esperimento, come sappiamo, che il modello atomico di Rutherford divenne quello universalmente accettato per la descrizione della struttura atomica. Durante lo studio della struttura dell'atomo, Rutherford postulò anche l'esistenza del neutrone, ossia che l'atomo fosse composto anche da particelle neutre di massa simile a quella del protone. Ora, nel 1930 Bethe e Becker notarono che particelle alpha incidenti su del Berillio producevano una radiazione in grado di superare 200mm di Piombo; nel 1932 Irene Joliot-Curie osservò che facendo incidere la radiazione su della paraffina venivano prodotti protoni. Chadwick, studente e poi collaboratore di Rutherford, misurò la velocità di questi protoni, deducendo che la radiazione studiata non poteva essere composta da particelle di massa nulla. Si trattava proprio dei neutroni.