В распоряжении физиков того времени был протон — положительно заряженная частица и электрон — частица с таким же отрицательным зарядом. Ученые давно пытались установить, не существует ли частица с зарядом, равным нулю. Еще в 1902 г. английский физик Сезерленд робко предположил существование «нуль-частицы». Через 18 лет Резерфорд вполне определенно предсказал нейтрон, частицу без заряда, и предугадал ее свойства. Он представлял ее себе как тесно слипшиеся между собой протон и электрон. Но в то время опыты не подтвердили идею Резерфорда. Существование нейтрона было доказано на опыте только в 1932 г.
За два года до этого события родился новый термин: «бериллиевые лучи». Они возникали, когда -частицами бомбардировали бериллий. Бериллий при этом не превращался в другой элемент, но испускались какие-то лучи. Сначала думали, что это гамма-излучение. Но -лучи не могли обладать такой большой энергией и такой проникающей способностью. Значит, «бериллиевые» лучи — нечто новое.
Их природу установил ученик Резерфорда— Джемс Чэдвик. Он доказал, что «бериллиевые лучи»— это поток частиц с массой протона и не обладающих зарядом. Отсутствие заряда и было причиной их удивительной проникающей способности. Их назвали нейтронами.
В 1932 г. почти одновременно советский ученый Д. Д. Иваненко и немецкий ученый Вернер Гейзенберг предложили новую модель ядра. Электроны начисто изгонялись из его структуры. Их место заняли нейтроны. Число протонов в ядре принималось равным порядковому номеру данного элемента. Одному и тому же числу протонов могло соответствовать разное число нейтронов. Так очень просто объяснилось явление изотопии: изотопы какого-либо элемента отличались числом нейтронов в ядрах их атомов. Например, у изотопов азота с массовыми числами 14 и 15 число протонов постоянно (равно 7), а число нейтронов равно либо 7, либо 8. Но какие силы удерживают протоны и нейтроны в ядре, не дают ядру рассыпаться? Ведь в ядре между положительно заряженными протонами должны существовать гигантские силы отталкивания.
Это объяснил японский физик Хидэки Юкава. Он предположил, что протоны и нейтроны удерживаются в ядре с помощью особого «ядерного клея» — частиц, которые примерно в 200 раз тяжелее электрона. Позднее эти частицы назвали мезонами, и теперь наука знает несколько их видов. В ядрах протоны и нейтроны с чудовищной быстротой как бы обмениваются мезонами, и благодаря этому обменному взаимодействию между составными элементами ядра оно становится способным существовать.
Тех, кто бывал в лаборатории Резерфорда, всегда поражала простота ее оборудования. Никаких сложных приборов! Иные аппараты казались даже примитивными. Но с их помощью знаменитый ученый и его сотрудники отвоевывали у природы больше тайн, чем иные институты, насыщенные сложной и дорогостоящей техникой.С помощью нехитрого сооружения Резерфорд доказал существование атомного ядра. Это произошло во время опытов, целью которых было определить, как рассеиваются -частицы на металлах. Прибор отмечал поведение таких частиц, проходящих через тончайшую золотую пластинку.
Выяснилось, что частицы ведут себя по-разному. Одни проходят через пластинку, не меняя направление. Другие слегка отклоняются в сторону. А третьи почему-то отлетают обратно к источнику, словно наталкиваются на неожиданный встречный удар.
Каждый атом состоит из ядра и электронов. Ядро несет положительный, электроны — отрицательный электрический заряд. Ядро атома состоит из двух видов элементарных частиц: протонов и нейтронов. У протона положительный электрический заряд. У нейтрона заряда нет; иначе говоря, он электрически нейтрален, потому он так и называется. Таким образом, все предметы, которые нас окружают, составлены всего из трех видов элементарных внутриатомных частиц: из протонов, нейтронов и электронов.На первый взгляд кажется, что картина мира резко упростилась: вместо 104 видов атомов — всего три вида элементарных частиц. Но развитие науки богато неожиданностями: как раз в тот момент, когда ученые окончательно убедились, что мир построен из протонов, нейтронов и электронов, физики начали обнаруживать в неожиданном изобилии, как грибы
после дождя, новые, дотоле неизвестные частицы. Правда, электрон, протон и нейтрон не удалось разложить на еще более простые составные части. Эти частицы современная наука относит к элементарным, т. е. простейшим, частицам. Но наряду с ними открыто много других элементарных частиц, обладающих самыми удивительными и неожиданными свойствами. Даже физики, привыкшие ничему не удивляться, так и назвали некоторые из этих частиц «странными частицами».