เซ็กซี่บาคาร่า ในศตวรรษที่ผ่านมา นักฟิสิกส์ได้เปิดเผยโลกที่ซับซ้อนของอนุภาคพื้นฐานสสารเป็นพรมสีเขียวชอุ่มทอจากเส้นด้ายที่ซับซ้อน อนุภาคย่อยของอะตอมที่หลากหลายรวมตัวกันเพื่อสร้างจักรวาลที่เราอาศัยอยู่ แต่เมื่อหนึ่งศตวรรษก่อน ผู้คนเชื่อว่าสสารนั้นเรียบง่ายมากจนสามารถสร้างขึ้นได้ด้วยเส้นใยย่อยอะตอมเพียงสองประเภท นั่นคือ อิเล็กตรอนและโปรตอน วิสัยทัศน์ของสสารนั้นเป็นลายสก๊อตที่ไร้สาระแทนที่จะเป็นผ้าที่หรูหรา
นักฟิสิกส์ในทศวรรษที่ 1920
คิดว่าพวกเขาเข้าใจสิ่งที่ประกอบเป็นสสาร พวกเขารู้ว่าอะตอมมีอิเล็กตรอนล้อมรอบนิวเคลียสที่มีประจุบวก และพวกเขารู้ว่าแต่ละนิวเคลียสมีโปรตอนจำนวนหนึ่ง ซึ่งเป็นอนุภาคที่มีประจุบวกที่ระบุในปี 1919 เป็นการคิดรวมกันของอนุภาคทั้งสองนี้ประกอบขึ้นเป็นสสารทั้งหมดในจักรวาล ที่ทำทุกอย่างที่เคยเป็นหรืออาจจะเป็น ทั่วทั้งจักรวาลอันกว้างใหญ่ที่ยังไม่ได้สำรวจและที่บ้านบนโลก
โครงการนี้ดูเป็นระเบียบเรียบร้อยน่าดึงดูดใจ แต่ก็แฝงไว้ด้วยคำใบ้ต่างๆ นานาว่าทุกอย่างไม่ค่อยดีนักในวิชาฟิสิกส์ การค้นพบสองครั้งในหนึ่งปีแห่งการปฏิวัติในปี 1932 บังคับให้นักฟิสิกส์ต้องแอบดูใต้พรม ประการแรก การค้นพบนิวตรอนได้ปลดล็อกวิธีใหม่ๆ ในการมองเข้าไปในหัวใจของอะตอมและแยกออกเป็นสองส่วน จากนั้นข่าวของโพซิตรอนก็เหมือนกับอิเล็กตรอน แต่มีประจุตรงกันข้าม การค้นพบนี้บ่งบอกถึงความประหลาดใจอีกมากมายที่จะเกิดขึ้น การค้นพบอนุภาคเพิ่มเติมนำไปสู่กรอบงานใหม่สำหรับบิตพื้นฐานของสสาร ซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่อแบบจำลองมาตรฐาน
“Annus mirabilis” ซึ่งเป็นปีแห่งปาฏิหาริย์ ยังทำให้นักฟิสิกส์เล็งเห็นถึงการทำงานของหัวใจของอะตอมอย่างแน่วแน่ การสลายตัว เปลี่ยนแปลง และตอบสนองอย่างไร การค้นพบที่นั่นจะส่งนักวิทยาศาสตร์ให้สนใจเทคโนโลยีที่ทำลายล้างที่สุด นั่นคือ อาวุธนิวเคลียร์ นักประวัติศาสตร์ด้านนิวเคลียร์ Alex Wellerstein จาก Stevens Institute of Technology ในเมือง Hoboken รัฐนิวเจอร์ซีย์กล่าวว่า ระเบิดปรมาณูได้ประสานความสำคัญของวิทยาศาสตร์และวารสารศาสตร์ด้านวิทยาศาสตร์ในสายตาของสาธารณชน “ระเบิดปรมาณูกลายเป็นข้อพิสูจน์ขั้นสูงสุดว่า … นี่คือสิ่งที่เปลี่ยนแปลงโลก ”
อุทธรณ์สองอนุภาค
นักฟิสิกส์ในช่วงทศวรรษที่ 1920 ยอมรับแนวคิดอนุรักษ์นิยมประเภทใดประเภทหนึ่ง การฝังลึกในจิตใจของพวกเขาคือความไม่เต็มใจที่จะประกาศการมีอยู่ของอนุภาคใหม่ นักวิจัยติดอยู่กับสภาพที่เป็นอยู่ของสสารที่ประกอบด้วยอิเล็กตรอนและโปรตอนเพียงอย่างเดียว ซึ่งเป็นแนวคิดที่ขนานนามว่า “กระบวนทัศน์แบบสองอนุภาค” ซึ่งจัดขึ้นจนถึงประมาณปี 1930 ในช่วงเวลานั้น นักประวัติศาสตร์ด้านวิทยาศาสตร์ Helge Kragh จากมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกนกล่าว “ฉัน ฉันค่อนข้างแน่ใจว่าไม่ใช่นักฟิสิกส์กระแสหลักคนเดียวที่มีความคิดที่ว่าอาจมีอนุภาคมากกว่าสองอนุภาค” ความเรียบง่ายที่สุดของสองอนุภาคที่อธิบายทุกอย่างในความโปรดปรานของธรรมชาตินั้นดึงดูดความสนใจของนักฟิสิกส์มากจนพวกเขาพบว่าแนวคิดนี้ยากที่จะละทิ้ง
กระบวนทัศน์ระงับคำอธิบายเชิงทฤษฎีของนิวตรอนและโพซิตรอน “การเสนอให้มีการมีอยู่ของอนุภาคอื่นๆ ถือเป็นการประมาทและขัดต่อเจตนารมณ์ของ Occam” นักเขียนชีวประวัติด้านวิทยาศาสตร์ Graham Farmelo เขียนไว้ในContemporary Physicsในปี 2010
ถึงกระนั้น ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 นักฟิสิกส์กำลังสืบสวนปริศนาสองสามข้อของสสารที่จะนำไปสู่อนุภาคใหม่อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้หลังจากลังเลอยู่บ้าง ซึ่งรวมถึงคำถามที่ยังไม่ได้ตอบเกี่ยวกับอัตลักษณ์และต้นกำเนิดของอนุภาคพลังงานที่เรียกว่ารังสีคอสมิก และเหตุใดองค์ประกอบทางเคมีจึงเกิดขึ้นในสายพันธุ์ต่างๆ ที่เรียกว่าไอโซโทป ซึ่งมีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายคลึงกัน แต่มีมวลต่างกัน
นิวตรอนมาถึงนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษที่เกิดในนิวซีแลนด์ เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด หยุดสร้างอนุภาคใหม่โดยพื้นฐานในปี 1920 เขาตระหนักว่าอนุภาคที่เป็นกลางในนิวเคลียสสามารถอธิบายการมีอยู่ของไอโซโทปได้ อนุภาคดังกล่าวเรียกว่า “นิวตรอน” แต่แทนที่จะเสนอว่านิวตรอนเป็นของใหม่โดยพื้นฐาน เขาคิดว่าพวกมันประกอบด้วยโปรตอนรวมกันใกล้กับอิเล็กตรอนเพื่อสร้างอนุภาคที่เป็นกลาง เขาถูกต้องเกี่ยวกับบทบาทของนิวตรอน แต่ผิดเกี่ยวกับเอกลักษณ์ของมัน
ความคิดของรัทเทอร์ฟอร์ดนั้นน่าเชื่อ นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ James Chadwick เล่าในการสัมภาษณ์ปี 1969ว่า “คำถามเดียวก็คือว่ามารจะหาหลักฐานได้อย่างไร” การขาดประจุไฟฟ้าของนิวตรอนทำให้เป็นเป้าหมายที่ฉลาดหลักแหลม ระหว่างทำงานในโครงการอื่นๆ Chadwick เริ่มออกล่าหาอนุภาคที่ Cavendish Laboratory ของมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ จากนั้น Rutherford นำทีม
Chadwick พบหลักฐานของเขาในปี 1932 เขารายงานว่ารังสีลึกลับที่ปล่อยออกมาเมื่อเบริลเลียมถูกทิ้งระเบิดด้วยนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียมสามารถอธิบายได้ด้วยอนุภาคที่ไม่มีประจุและมีมวลใกล้เคียงกับโปรตอน กล่าวอีกนัยหนึ่งคือนิวตรอน แชดวิกไม่ได้คาดการณ์ล่วงหน้าถึงบทบาทสำคัญที่การค้นพบของเขาจะมีบทบาท “ฉันเกรงว่านิวตรอนจะไม่มีประโยชน์อะไรกับใครเลย” เขาบอกกับNew York Timesไม่นานหลังจากที่เขาค้นพบ
นักฟิสิกส์ต่อสู้กับเอกลักษณ์ของนิวตรอนในช่วงหลายปีถัดมาก่อนที่จะยอมรับว่ามันเป็นอนุภาคใหม่ทั้งหมด มากกว่าการควบรวมที่รัทเธอร์ฟอร์ดแนะนำ ประการหนึ่ง การผสมโปรตอนกับอิเล็กตรอนขัดแย้งกับทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมรุ่นเยาว์ ซึ่งอธิบายลักษณะฟิสิกส์ในเครื่องชั่งขนาดเล็ก หลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก ซึ่งระบุว่าหากทราบตำแหน่งของวัตถุ โมเมนตัมก็ไม่อาจเป็นไปได้ แสดงว่าอิเล็กตรอนที่อยู่ภายในนิวเคลียสจะมีพลังงานขนาดใหญ่เกินสมควร
และการหมุนของนิวเคลียสบางส่วน ซึ่งเป็นการวัดทางกลของควอนตัมของโมเมนตัมเชิงมุม ก็แนะนำว่านิวตรอนเป็นอนุภาคที่เต็มเปี่ยม เช่นเดียวกับการปรับปรุงการวัดมวลของอนุภาค เซ็กซี่บาคาร่า
