Горяєв М.А.
До середини 19 століття атомно-молекулярна теорія будови речовини зайняла вже достатньо міцні позиції, і тривали роботи з більш глибокому проникненню в мікросвіт. У другій половині 19 століття після появи хороших вакуумних насосів при дослідженні електричного розряду в газах були виявлені катодні промені, які викликали флуоресценцію скла газорозрядної трубки. Англійський учений Вільям Крукс (1832-1919), який проводив роботи в своїй приватній лабораторії в Лондоні, встановив, що вони мають матеріальну природу і відхиляються в магнітному полі. Він висунув гіпотезу, що це четверте "ультрагазообразное" стан матерії. У 1895 р. в суперечці з прихильниками хвильової природи катодних променів французьким фізиком Жаном Батистом Перреном (1870-1942) було показано, що це негативні електричні заряди. У 1897 р. Томсон експериментально з використанням впливу електричного і магнітного поля підтвердив матеріальну природу нових частинок - електронів і визначив для них відношення заряду до маси і швидкість.
Томсон Джозеф Джон (18.12.1856-30.08.1940) - англійський фізик, член Лондонського королівського суспільства (1884, 1916-20 - президент), багатьох академій наук, зокрема АН СРСР (1925), медалі Франкліна, Фарадея, Хьюза, Коплі та ін Народився в Четха Хіллі в сім'ї книгопродавця. Закінчив Манчестерський (1876 - інженер) і Кембріджський (1880 - бакалавр математики) університети. У 1884-1919 - професор Кембриджського університету і директор Кавендішської лабораторії, в 1905-18 - також професор Королівського інституту, з 1918 очолив Трініті-коледж у Кембриджі.
Роботи з проблем проходження електричного струму в газах, катодних та рентгенівських променів, атомної фізики. При дослідженні катодних променів відкрив першу елементарну частинку - електрон (Нобелівська премія, 1906). У 1897 висунув гіпотезу про внутрішньоатомних електронах. Виявив в 1899 електрони в фотоструму і при термоелектронної емісії. Розробив теорію руху електрона в електричному і магнітному полях. Пояснив походження суцільного спектра рентгенівських променів.
У 1903 запропонував одну з перших моделей атома, в 1904 ввів уявлення про поділ електронів в атомі на групи, різна конфігурація яких визначає періодичність хімічних елементів. У 1907 запропонував принцип мас-спектрометрії, розробив у 1911 метод парабол для визначення відносних мас частинок, отримав перші експериментальні дані про існування ізотопів. У класичній теорії розсіювання визначив ефективний переріз для розсіювання світла вільними електронами (формула Томсона). Є одним з основоположників електронної теорії металів. Створив велику інтернаціональну школу фізиків-експериментаторів.
За допомогою винайденої в 1897 р. англійським фізиком Чарльзом Томсоном Рисом Вільсоном (1869-1959) камери (Нобелівська премія з фізики, 1927) Томсону вдалося встановити окремо і заряд, і масу електрона. Після 1900 р. в фізиці вже стало остаточно загальноприйнятим, що електрика має дискретну структуру і одиниця негативного електрики - електрон.
У 1895 р. Рентген відкрив при дослідженні катодних променів новий вид випромінювання - Х-промені, які мають низку чудових властивостей: вражаюча проникаюча здатність, здатність викликати флуоресценцію і фотохімічні дію.
Рентген Вільгельм Конрад (27.03.1845-10.02.1923) - німецький фізик, член-кореспондент Берлінської АН (1896), медаль Румфорда. Народився в Леннепе в сім'ї комерсанта. Закінчив Федеральний технологічний інститут в Цюріху (1868), доктор філософії (1869, Цюріхський університет). Працював з А. Кундтом в 1869-71 в Цюріху, в 1871-72 у Вюрцбургском, в 1872-75 в Страсбурзькому університетах. У 1875-76 - професор фізики Сільськогосподарської академії в Гогенхейме, 1876-79 - професор Страсбурзького університету. У 1879-88 - професор університету в Гиссені і директор Фізичного інституту, в 1888-1900 - професор Вюрцбурзького університету (з 1894 - ректор), в 1900-20 - професор Мюнхенського університету і директор Фізичного інституту.
Роботи в області електромагнетизму, фізики кристалів, оптики, молекулярної фізики. Відкрив рентгенівські промені і досліджував їх властивості (здатність відбиватися, поглинатися, іонізувати повітря і т.д.), запропонував правильну конструкцію трубки для їх отримання, зробив перші фотознімки з застосуванням цих променів (перша Нобелівська премія з фізики, 1901). Відкрив в 1885 магнітне поле діелектрика, що рухається в електричному полі (рентгенів струм), досліджував властивості рідин, газів, кристалів, відкрив взаємозв'язок електричних і оптичних явищ у кристалах.
Учнями Рентгена були М. Вин, А. Ф. Іоффе, П. Прінгсгейм та ін Його ім'ям названа одиниця експозиційної дози радіоактивного лікування - рентген.
Відкриття рентгенівських променів мало важливе значення як для подальших наукових досліджень, так і для використання в медицині та промисловості.
З самого початку виникла суперечка про природу рентгенівського випромінювання. У 1912 р. німецький фізик Макс фон Лауе (1879-1959) провів блискучий експеримент по дифракції таких променів на кристалічній решітці (Нобелівська премія з фізики, 1914). З цього експерименту були зроблені два важливих висновки: підтверджувалася хвильова природа Х-променів і з'явилася можливість визначити їх довжину хвилі, а, знаючи довжину хвилі, можна було отримувати дані про структуру кристалу.
Відкриття Рентгена дало поштовх іншому відкриттю - радіоактивності. Беккерель займався фосфоресценції і після дослідів Рентгена задався питанням: чи не можуть Х-промені випускати фосфоресцирующим тілами після тривалого опромінення сонячним світлом.
Беккерель Антуан Анрі (15.12.1852-25.08.1908) - французький фізик, член Паризької (1889, 1908 - президент) і ряду інших академій наук. Народився в Парижі в сім'ї відомого фізика А. Е. Беккереля. Закінчив Політехнічну школу в Парижі (1874), вчений ступінь з технічних наук у Вищій школі мостів і доріг (1877). З 1876 - лектор, с1895 - професор у Політехнічній школі, (з 1892 - завідувач кафедрою в Музеї природної історії і Консерваторії мистецтв і ремесел).
Основні роботи в області оптики (магнітооптика, фосфоресценція, інфрачервоні спектри) і радіоактивності. За відкриття явища природної радіоактивності в 1903 удостоєний Нобелівської премії. Пропускаючи -частинки через пересічні електричне і магнітне поля, перший виміряв питомий заряд цих частинок і встановив їх схожість з катодними променями (1900). У 1901 незалежно від П. Кюрі виявив фізіологічна дія радіоактивного випромінювання та його здатність іонізувати газ.
Проводячи досліди з фосфоресценції солей урану, Беккерель виявив засвічення фотопластинки, відокремленою від солі чорним папером. У 1896 р. випадково виявилося, що засвітка з'являється і в темряві, тобто без порушення фосфоресценції. Було також виявлено, що подібні явища спостерігаються і на інших, не фосфоресцентних солях урану.
У 1897 р. до цих досліджень підключилися Склодовська-Кюрі зі своїм чоловіком П'єром: ними була відкрита радіоактивність торію, а також знайдені нові більш радіоактивні речовини - полоній і радій.
Склодовська-Кюрі Марія (07.11.1867-04.07.1934) - польський і французький фізик і хімік, член багатьох академій наук і наукових товариств, іноземний член АН СРСР (1926), медалі Бертело, Деві, Крессона. Народилася у Варшаві в сім'ї викладача фізики в гімназії. Закінчила Паризький університет (ліценціат з фізики - 1893, з математики - 1894, ступінь доктора - 1903). З 1895 працювала в лабораторії П. Кюрі в Школі фізики і хімії (Париж), в 1900-06 - викладач фізики в Севрской нормальній школі. З 1906 - професор і завідувачка кафедрою Паризького університету, з 1914 - також директор Інституту радію.
Роботи в області радіоактивності. У 1897 почала дослідження радіоактивності солей урану і встановила, що це властивість атомів урану. У 1898 незалежно від Г. Шмідта довела радіоактивність торію. Помітила підвищену радіоактивність деяких мінералів, що містять уран і торій. У результаті кропіткої роботи за розробленим подружжям Кюрі методом збагачення уранової смолки були відкриті в 1898 полоній і радій, а в 1899 - наведена радіоактивність. У 1911 разом з французьким хіміком А. Дебьерном отримала металевий радій, визначила його атомну вагу і місце в періодичній таблиці хімічних елементів. У 1903 за дослідження радіоактивності удостоєна Нобелівської премії з фізики, а в 1911 за отримання металевого радію - Нобелівської премії з хімії.
Ввела термін "радіоактивність", розробила основи кількісних методів радіоактивних вимірювань, перша використала радіоактивність в медицині. У роки першої світової війни організувала 220 пересувних та стаціонарних установок для рентгено-та радіологічного обслуговування госпіталів Франції. Померла від лейкемії.
На честь Марії та П'єра Кюрі названі 96 хімічний елемент - кюрій і одиниця радіоактивності - кюрі.
Кюрі П'єр (15.05.1859-19.041906) - французький фізик, член Паризької АН (1905), медаль Деві, Маттеучі. Народився в Парижі в сім'ї лікаря. Закінчив Паризький університет (бакалавр - 1876, ліценціат з фізики - 1878), де в 1878-83 працював асистентом. У 1883-1904 - керівник лабораторії в Школі фізики і хімії, з 1904 - професор Паризького університету. Трагічно загинув в результаті нещасного випадку.
Роботи в галузі фізики кристалів, магнетизму, радіоактивності. У 1880 разом з братом мінералогом Ж. Кюрі відкрив прямий і зворотний п'єзоелектричні ефекти, використовуючи який вони сконструювали високочутливий прилад для вимірювання малих зарядів і слабких струмів. У 1884-85 розвинув теорію утворення кристалів і дослідив закони симетрії, ввів поняття поверхневої енергії граней і сформулював загальний принцип росту кристалів, запропонував принцип визначення симетрії кристала, що знаходиться під будь-яким впливом (принцип Кюрі).
Встановив в 1895 незалежність магнітної сприйнятливості діамагнетиків від температури і її назад пропорційну залежність від температури для парамагнетиків (закон Кюрі). Відкрив для заліза існування температури, вище якої воно втрачає феромагнітні властивості (точка Кюрі) і стрибкоподібно змінюються питома електропровідність і теплоємність.
З 1897 разом з дружиною М.Склодовской-Кюрі зосереджується на дослідженні радіоактивності, і роблять ряд видатних відкриттів: нові радіоактивні елементи (полоній і радій), наведену радіоактивність (Нобелівська премія, 1903). У 1901 виявив біологічну дію радіоактивного випромінювання, в 1903 відкрив кількісний закон зниження радіоактивності, ввівши період напіврозпаду, і показав його незалежність від зовнішніх умов, що дозволило йому запропонувати метод визначення абсолютного віку земних порід. У 1903 разом з А. Лаборд виявив мимовільне виділення тепла солями радію, що свідчило про наявність великої атомної енергії. Організував промисловий видобуток радію на основі розробленої технології збагачення уранової руди.
Почалися широкі дослідження властивостей нових випромінювань. У 1899 р. було показано, що в їх складі є два види випромінювання, які Розерфорд назвав - і -випромінюваннями.
Резерфорд Ернест (30.08.1871-19.10.1937) - англійський фізик, член Лондонського королівського суспільства (1903, 1925-30 - президент), усіх академій наук, іноземний член АН СРСР (1925). Народився в Спрінг-Броуве (Нова Зеландія) в багатодітній (12 дітей) родині будівельного робітника. Закінчив Кентербері-коледж в Крайстчерчі (1894). У 1895-98 працював у Кавендишській лабораторії у Дж. Дж. Томсона, в 1898-1907 - професор Макгіллского університету в Монреалі, в 1907-19 - професор Манчестерського університету і директор фізичної лабораторії. З 1919 - професор Кембриджського університету і директор Кавендішської лабораторії.
Дослідження в області радіоактивності та ядерної фізики. Своїми фундаментальними відкриттями заклав основи вчення про радіоактивність і теорії будови атома. У 1899 відкрив - і -промені, в 1900 - еманацію торія. Разом з Ф. Содді в 1902-03 розробив теорію радіоактивного розпаду і встановив закон радіоактивних перетворень. У 1903 довів, що -промені складаються з позитивно заряджених частинок. Передбачив існування трансуранових елементів. За дослідження з перетворення елементів і хімії радіоактивних речовин Резерфорду присуджена Нобелівська премія з хімії (1908).
У 1908 разом з Г. Гейгером сконструював прилад для реєстрації заряджених частинок (лічильник Гейгера) і з його допомогою остаточно довів, що -частинки - двічі ионизованного атоми гелію. Виявив і встановив закон розсіювання -частинок атомами різних елементів, що привело його до відкриття в атомі позитивно зарядженого ядра і створення нової планетарної моделі атома (модель атома Резерфорда).
Спільно з Е. Адріаде довів ідентичність рентгенівських спектрів ізотопів, підтвердивши рівність їх порядкових номерів у періодичній таблиці, спостерігав дифракцію -променів на кристалі, довівши їх електромагнітну природу. Висунув ідею про штучне перетворення ядер, в 1919 здійснив першу штучну ядерну реакцію, заклавши основи ядерної фізики, відкрив протон. У 1920 передбачив існування нейтрона і дейтрона. З М. Оліфант експериментально довів справедливість взаємозв'язку маси і енергії в ядерних реакціях (1933), у 1934 здійснив реакцію синтезу дейтронів з утворенням тритію.
Створив велику школу фізиків: Г. Гейгер, О. Ган, Г. Мозлі, Дж.Чадвік, Н. Бор, П. Блеккет, П. Л. Капіца, Дж.Кокрофт, Ю. Б. Харитон, А. І. Лейпунський та ін
Через три роки Поль Війяр (1860-1934) показав, що є і третій компонент - -промені. При дослідженні -променів було виявлено, що e / m залежить від швидкості частинок, і це наштовхнуло німецького фізика Вальтера Кауфмана (1871-1947) на думку, що маса електрона відповідно до висунутої німецьким фізиком Максом Абрагамом (1875-1922) гіпотезою має почасти електромагнітне походження, тобто виникло питання про дуалізм частинка - хвиля.
У 1887-88 р.р. Герц, шведський фізико-хімік Сванте серпня Арреніус (1859-1927), Риги встановили вплив ультрафіолетового світла на електричний розряд, а німецький фізик Вільгельм Людвіг Франц Галльвакс (1859-1922) показав, що при висвітленні електрода створюються електричні заряди. Так був відкритий фотоелектричний ефект. З 1888 р. дослідженням фотоефекту займався Столєтов і сформулював основні закони цього явища.
Столєтов Олександр Григорович (29.07.1839-14.05.1896) - російський фізик. Народився у Володимирі в сім'ї купця. Закінчив Московський університет (1860, доктор - 1872). У 1862-66 працював у Г. Магнуса, Г. Кірхгофа, В. Вебера, з 1873 - професор Московського університету.
Роботи в області електромагнетизму, оптики, молекулярної фізики, філософії науки. У докторській дисертації вперше показав існування максимуму в залежності магнітної сприйнятливості заліза від величини намагнічує поле. Вперше зняв криву магнітної проникності феромагнетика (крива Столєтова). Запропонував два методи вимірювання магнітних властивостей речовини: метод тороїда з замкнутою магнітної ланцюгом і балістичне вимір намагніченості. У 1888-90 вивчав зовнішній фотоефект, розробивши кількісні методи його дослідження, створив перший фотоелемент і застосував його на практиці. Відкрив пропорційність фотоструму інтенсивності падаючого світла (1 закон Столєтова), явище фотоелектричного стомлення, виявив фотострум насичення, показавши його незалежність від різниці потенціалів. Вивчаючи несамостійний газовий розряд, встановив, що ставлення напруженості електричного поля до тиску газу при максимальному струмі постійно (константа Столєтова). Досліджував критичний стан речовини (1892-94).
Творець першої в Росії університетської науково-дослідної лабораторії (1872), був ініціатором організації фізичного інституту при Московському університеті. Автор ряду філософських та історико-наукових нарисів.
Дж.Дж.Томсона визначив характеристики носіїв заряду при фотоефект і прийшов до висновку, що це електрони. У 1883 р. американський винахідник Томас Алва Едісон (1847-1931) виявив випускання негативного електрики розпеченій вугільною ниткою. Томсон також досліджував потік цих частинок і переконався, що і це електрони, які з'являються в результаті термоелектронної емісії. Таким чином, до кінця 19 століття остаточно було спростовано уявлення про атоми як неподільних частинках матерії і підтверджено існування першої елементарної частки - електрона.
На самому початку 20 століття в продовження революційних відкриттів кінця 19 століття (насамперед електрона і радіоактивності) були проведені дослідження, які докорінно змінили уявлення про будову матерії.
Проводячи дослідження радіоактивності торію, Резерфорд виявив появу нового радіоактивного газу. Ретельний аналіз, проведений ним спільно з англійським хіміком Фредеріком Содді (1877-1956), показав, що новий газ за своїми хімічними властивостями подібний аргону. Схожі явища були виявлені і подружжям Кюрі при вивченні радіоактивності радію. Був зроблений висновок, що радіоактивність - це атомні явища, в яких народжуються нові види речовини, відбуваються хімічні зміни всередині атома. Резерфорд і Содді встановили природу -частинок і склали перші схеми радіоактивного розпаду, "генеалогічне дерева" радіоактивних речовин.
У роботах П. Кюрі і Резерфорда був встановлений експонентний закон спадання радіоактивності і показано, що постійна радіоактивного розпаду або період напіврозпаду не змінюються під дією будь-яких фізичних факторів. Це послужило основою способу визначення віку різних матеріалів. У результаті аналізу радіоактивних перетворень з'явилося поняття ізотопу, і були відкриті різні ізотопи багатьох речовин.
У той же час з'являються перші моделі будови атомів. Дж.Дж.Томсона запропонував модель, яку удосконалив англійський фізик лорд Кельвін (Вільям Томсон, 1824-1907). Відповідно до цієї моделі атом складається з електронів, що обертаються в рівномірно позитивно зарядженому просторі. Однак, тут виникав ряд проблем: працюють електрони повинні були випускати електромагнітні хвилі і створювати магнітні поля. У підсумку модель Томсона не витримала ні критики теоретиків, ні дослідної перевірки.
У 1904 р. японський фізик Хантаро Нагаока (1865-1950) запропонував модель, розвинену згодом Резерфордом, про існування центрального позитивного ядра, навколо якого розташовуються електрони. Ця модель дозволяла пояснити експеримент з проходження -частинок через тонкі металеві пластинки.
У 1913 р. голландський фізик Антоніус Ван ден Брук (1870-1926) висунув ідею про атомну номері, припустивши, що ядерний заряд дорівнює порядковому номеру елемента в періодичній системі Менделєєва.
У тому ж році англійський фізик Генрі Мозлі (1887-1915) встановив свій закон про те, що частота основних спектральних ліній рентгенівських променів пропорційна квадрату числа, яке змінюється на одиницю при переході від одного елемента до сусіднього. Він однозначно пов'язав цю величину з зарядом внутрішнього ядра.
У 1920 р. англійський фізик Джеймс Чадвік (1891-1974) за відхиленням -частинок при зіткненні з різними металами встановив, що ядерні заряди міді срібла і платини рівні 29,3; 46,3 і 77,4, що практично відповідає їх атомним номерами: 29, 47 і 78. Все це було підтвердженням моделі Резерфорда. Сам Резерфорд при бомбардуванні азоту -частинками отримав протони, здійснивши тим самим першу ядерну реакцію: захоплення -частинки ядром азоту з наступним розщепленням на протон і атом кисню.
У 1912 р. Дж.Дж.Томсона слідом за Содді, який ввів поняття ізотопів для радіоактивних елементів, виявив ізотопи неону. Вже після війни в 1919 р. Астон, сконструювавши мас-спектрограф, підтвердив існування двох ізотопів неону, а пізніше виявив наявність ізотопів у багатьох елементів.
Астон Френсіс Вільям (01.09.1877-20.11.1945) - англійський фізик і хімік, член Лондонського королівського товариства (1921), іноземний член-кореспондент АН СРСР (1924). Народився в Хорборне в сім'ї фермера і торговця. Закінчив Бірмінгемський університет (1898), де працював у 1903-09. У 1910-19 - у Кавендишській лабораторії, з 1919 - в Трініті-коледж Кембріджського університету.
Роботи в галузі атомної та ядерної фізики, радіохімії. За допомогою сконструйованого мас-спектрометра відкрив велику кількість ізотопів у багатьох хімічних елементів і вивчив їх закономірності (Нобелівська премія з хімії, 1922). У 1913 запропонував метод газової дифузії для розділення ізотопів, у 1919 - електромагнітний метод. Постійно підвищуючи роздільну здатність створюваних ним спектрометрів, виміряв з великою точністю атомні маси елементів і показав, що маса ядра відрізняється від суми мас входять до нього частинок. Визначивши дефекти мас ядер різних ізотопів, в 1927 побудував першу криву пакувальних коефіцієнтів, що характеризують енергію зв'язку атомних ядер. Відкрив ізотоп уран-238 (1931).
Відкриття ізотопів ще більше ускладнило питання про будову матерії. Але зараз превалює концепція, що окремим елементом вважається речовина з певним зарядом, який відповідав за його хімічні властивості, а в елемента є ізотопи, що відрізняються низкою фізичних властивостей: маса, радіоактивність, спектр рентгенівського випромінювання.
У своїх дослідженнях Астон зауважив, що із зростанням порядкового номера елемента спостерігається відхилення від "правила цілого числа". У 1920 р. йому прийшла ідея пояснення цього дефекту маси з використанням висновків теорії відносності: при з'єднанні декількох протонів в ядро частина маси переходить на енергію зв'язку. І це до цих пір є основою розвивається теорії ядра, а також всієї ядерної енергетики.
Принциповим розвитком моделі Резерфорда була пропозиція в 1913 р. Бором своєї теорії електронних орбіт. Однією з передумов цієї теорії були серії спектральних ліній водню, виявлені в 1885 р. швейцарським вченим Йоганом Якобом Бальмером (1825-1898), в 1906 р. американським фізиком Теодором Лайманом (1874-1954) і в 1909 р. німецьким фізиком Фрідріхом Пашеном ( 1865-1947). Ці серії у видимій, ультрафіолетовій і інфрачервоній областях спектру підпорядковувалися дуже простий закономірності: частоти були пропорційні різниці зворотних квадратів цілих чисел. Бор пояснив стійкість планетарної моделі атома і одночасно ці спектральні дані з позицій квантової теорії, ввівши поняття стаціонарних станів для електронів (головне квантове число), між якими тільки й можуть відбуватися переходи з випромінюванням. Проведені розрахунки для атома водню дали гарну згоду з експериментом, але для інших елементів виходило розбіжність з досвідченими даними. Пізніше німецький фізик Арнольд Йоганн Вільгельм Зоммерфельд (1868-1951) розвинув модель Бора, ввівши в розгляд еліптичні орбіти (радіальне і азимутальне квантові числа) і залежність маси від швидкості. Це дещо поліпшило теорію, але повного пояснення експериментальних результатів не дало.
Ці теорії були Напівкласична, тобто в класичну картину вводилися квантові обмеження, і тому вимагали розвитку. У 1918 р. Бор сформулював принцип відповідності: при розробці теорії слід керуватися тим, що при збільшенні квантового числа опис системи має асимптотично наближатися до класичного. Тобто закони нової фізики повинні переходити в класичні, коли квантова дискретність прагне до нуля.
Разом з тим, при розвитку теорії будови матерії з'являється ряд законів, які не мають аналогів у класичній фізиці. Так в 1925 р. Паулі сформулював свою заборону про неможливість існування двох однакових електронних станів, який не має зрозумілого пояснення, але використання його на практиці дає хороші результати. Із застосуванням заборони Паулі та принципу насичення рівнів до 1927 р. була в цілому побудована електронна структура всіх відомих на той час 92 елементів. Створення структури електронних оболонок атомів дозволила пояснити періодичний закон Менделєєва і багато хімічні властивості різних елементів (валентність, окислювально-відновні властивості тощо)
Далі тривало впевнений розвиток квантової теорії і застосування її до опису будови матерії, починаючи від атомів і молекул і закінчуючи твердим тілом. Розвиток фізики твердого тіла тісно пов'язане з іменами німецького фізика Вальтера Шотткі (1886-1976), американського фізика Фелікса Блоха (1905-1983), французького фізика Леона Брілюена (1889-1969) та інших, що заклали основи зонної теорії твердого тіла. Застосування цієї теорії стимулювало розвиток нових галузей техніки, зокрема, техніки напівпровідникових приладів. В кінці 40-х років американські фізики Джон Бардін (р.1908), Уолтер Браттейн (1902-1987) і Уїльям Бредфорд Шоклі (1910-1989) побудували перші напівпровідникові транзистори (Нобелівська премія з фізики, 1956), що забезпечили бурхливий розвиток техніки. В даний час напівпровідникова техніка та мікроелектроніка інтенсивно розвиваються як за рахунок використання нових фізичних уявлень, так і в результаті вдосконалення технології.
У 20-х роках 20 століття інтенсивно продовжувалися роботи з більш глибокому вивченню будови матерії. У 1925 р. за пропозицією Резерфорда Блекетт провів ретельний експеримент, в якому вперше спостерігав поява протона в першій ядерної реакції (Нобелівська премія з фізики, 1948), правильно інтерпретованої самим Резерфордом. У 1928 р. російсько-американський фізик Георгій Антонович Гамов (1904-1968) розвинув теорію про тунельному ефекті, відповідно до якої більш ефективними "снарядами" для бомбардування ядер є протони, а не -частинки. У зв'язку з цим почалася розробка методів отримання високоенергетичних протонів. Оригінальний і найбільш ефективний спосіб прискорення заряджених частинок запропонував американський фізик Ернест Орландо Лоуренс (1901-1960) і створив у 1930-32 р.р. перший циклотрони (Нобелівська премія з фізики, 1939).
У 1932 р. в лабораторії Резерфорда англійський фізик Джон Дуглас Кокрофт (1897-1967) та ірландський фізик Ернест Томас Сінтон Уолтон (р.1903) за допомогою протонів, отриманих на прискорювачі власної конструкції, розщепили ядро літію з утворенням двох -частинок (Нобелівська премія з фізики, 1951). При цьому було експериментально доведено, що речовина перетворюється в енергію відповідно до ідеї Астона і теорією відносності.
У тому ж році на підставі експериментів по бомбардуванню берилію і літію -випромінювання, проведених подружжям Жоліо-Кюрі, Чадвік відкрив нейтрон (Нобелівська премія з фізики, 1935), а американський фізик Гарольд Клейтон Юрі (1893-1981) відкрив дейтерій (Нобелівська премія з фізики, 1934).
Жоліо-Кюрі Ірен (12.09.1897-17.03.1955) - французький фізик і радіохімік, почесний член ряду академій наук і наукових товариств, іноземний член-кореспондент АН СРСР (1947), медалі Маттеучі, Лавуазьє. Народилася в Парижі в сім'ї П. Кюрі і М.Склодовской-Кюрі. Закінчила Паризький університет (1920), ступінь доктора - 1925. З 1918 працювала під керівництвом М. Кюрі в Інституті радію, з 1934 - директор Інституту радію і завідувачка кафедрою фізики Паризького університету. У 1936 - помічник статс-секретаря у науково-дослідних справах в уряді Франції, в 1946-50 вела велику роботу в Комісаріаті з атомної енергії.
Роботи в області радіоактивності, ядерної фізики, ядерної хімії. У 1934 разом з Ф.Жоліо-Кюрі відкрила явище штучної радіоактивності (Нобелівська премія з хімії, 1935) і отримала штучні радіоактивні ізотопи. У тому ж році вони відкрили позитронно радіоактивність. У 1931 при дослідженні випромінювання берилію при бомбардуванні -частинками вони зробили висновок про корпускулярну природу цього випромінювання, що призвело до відкриття нейтрона Дж.Чадвіком. У 1938 Ірен спільно з П. Савичем встановили поява лантану при опроміненні нейтронами урану, на підставі чого О. Ган і Ф. Штрассман відкрили явище поділу ядер урану.
Займалася громадською діяльністю, під час окупації Франції (1940-44) вела активну антифашистську боротьбу, після війни виступала проти використання атомної енергії у військових цілях, була членом Всесвітньої Ради Миру.
Жоліо-Кюрі Фредерік (19.03.1900-14.08.1958) - французький фізик, член Паризької (1943) і багатьох інших академій наук і наукових товариств, іноземний член АН СРСР (1947), медалі П. Кюрі, Маттеучі, Барнарда, Хьюза, Лавуазьє. Народився в Парижі в сім'ї комерсанта. Закінчив Школу фізики і хімії (Париж, 1923), ступінь доктора (1930). У 1925-30 працював в Інституті радію і викладав у різних навчальних закладах (Париж). У 1926 одружився з І. Кюрі і з 1928 з'являються їхні загальні роботи, підписувані з 1934 Жоліо-Кюрі. З 1930 - науковий співробітник Національного фонду наук, з 1932 також викладав у Сорбонні. З 1937 - професор Колеж де Франс і одночасно керівник лабораторії атомного синтезу в Національному центрі наукових досліджень (у 1944-45 - директор). У 1946-50 - верховний комісар організованого за його ініціативою Комісаріату з атомної енергії, у травні 1950 уряд Франції усунуло його від керівництва через відмову вести ядерні дослідження в військових цілях. З 1956 - професор Паризького університету, керівник лабораторії в Інституті радію і директор Інституту ядерної фізики в Орсе.
Роботи в галузі ядерної фізики, ядерної хімії, ядерної техніки. Разом з І. Кюрі в 1928 почав дослідження ядерних реакцій при опроміненні легких ядер -частинками. Виявили здатність берилієвого випромінювання вибивати ядра водню, гелію і азоту. Дж.Чадвік показав, що відповідальним за цей процес є потік нейтронів. У 1934 Ф.Жоліо-Кюрі показав, що маса нейтрона більша маси протона, що свідчило про нестабільність нейтрона. У 1933 подружжя Жоліо-Кюрі вперше отримали фотографію зі слідами електрона і позитрона, народжених -квантом (освіта пар), а Ф.Жоліо-Кюрі разом з Ж. Тібо першими спостерігали анігіляцію електронів і позитронів.
У 1935 подружжя Жоліо-Кюрі отримали Нобелівську премію за відкриття штучної радіоактивності, викликаної швидкими -частинками. Вони передбачили, що штучна радіоактивність може бути також викликана нейтронами, дейтронами, протонами. Ф.Жоліо-Кюрі майже одночасно з О. Ганом і Ф. Штрассманом експериментально відкрив розподіл урану і одним з перших прийшов показав можливість розвитку ланцюгової ядерної реакції з виділенням величезної енергії внаслідок появи вторинних нейтронів. У 1939-40 розробив ряд технологічних проектів звільнення ядерної енергії і почав з співробітниками роботи зі створення ядерного реактора на важкій воді, які були перервані через окупацію Франції фашистами. У 1940-44 був учасником Руху Опору, очолював "Національний фронт", в його лабораторії виготовлялася вибухівка. Після війни відновлює ядерні дослідження, в 1948 здійснює запуск першого французького циклотрона і експериментального ядерного реактора на важкій воді.
Ф.Жоліо-Кюрі - видатний громадський діяч, з 1950 - голова Всесвітньої Ради Миру, в 1951 удостоєний Міжнародної Ленінської премії "За зміцнення миру між народами". Президент Французького фізико-хімічного товариства (1936-38), один із засновників і президент (з 1946) Всесвітньої федерації наукових працівників, з 1947 президент товариства "Франція-СРСР".
Відкриття нейтрона і дейтерію майже відразу призвело до зміни уявлень про будову атома і радянський фізик Дмитро Дмитрович Іваненко (1904-1994) запропонував протонно-нейтронну модель ядра, яка стала панівною у фізиці.
У 1933-34 р.р. подружжя Жоліо-Кюрі, проводячи бомбардування -частинками легких елементів (B, Al, Mg), встановили випущення позитронів, а також утворення нових штучних радіоактивних елементів. Надалі роботи по отриманню радіоактивних ізотопів були продовжені з застосуванням бомбардування прискореними протонами і Дейтона. У 1934 р. Фермі запропонував бомбардування нейтронами і показав, що її ефективність суттєво підвищується при використанні повільних нейтронів. Із застосуванням бомбардування нейтронами Фермі з співробітниками, а також німецьким вченим Отто Гану (1879-1968) та Лізі Майтнер (1878-1968) вдалося відкрити перші трансуранові елементи: нептуній і плутоній.
При бомбардуванні урану нейтронами в 1938 р. Ган спільно з німецьким фізиком і хіміком Фріцем Штрассманом (1902-1980) відкрив ділення ядер урану (Нобелівська премія з хімії, 1944). Це явище було практично одночасно правильно інтерпретоване як ними самими, так і Лізі Майтнер, німецько-англійським фізиком Отто Робертом Фрішем (1904-1979) і Федеріко Жоліо-Кюрі. Майтнер і Жоліо-Кюрі передбачили можливість розвитку ланцюгової реакції внаслідок звільнення надлишкового числа нейтронів при розподілі. Розвиток цього подання знайшло реалізацію у створенні промислових ядерних реакторів (надалі - атомної енергетики) і атомної бомби з використанням ядерних реакцій поділу урану-235 і плутонію.
У 1934 р. при дослідженні космічних променів Андерсон знайшов, а в 1937 остаточно підтвердив відкриття нового типу частинок - мезонів, можливість існування яких теоретично показав Юкава.
Юкава Хідекі (1907-1981) - японський фізик, член Японської (1946) і ряду інших академій наук, іноземний член АН СРСР (1966). Народився в Токіо в родині професора геології. Закінчив університет у Кіото (1929 - магістр). У 1932-33 там же викладав, 1933-39 - в університеті в Осаці, з 1939 - в Кіотському імператорському університеті, 1953-70 - там же директор Інституту фундаментальної фізики.
Роботи в галузі квантової механіки, ядерної та мезонів фізики, теорії елементарних частинок. Розвиваючи ідеї І. Є. Тамма і Д. Д. Іваненко про обмінний характер ядерних сил, у 1935 висунув гіпотезу про частки з масою близько 200 електронних мас (мезонів), відповідальних за перенесення ядерної взаємодії між нуклонами (Нобелівська премія, 1949). -мезони були виявлені експериментально в 1947. Розвинув основні положення мезонів теорії, отримав вираз для взаємодії нуклонів (потенціал Юкави). Спільно з С. Саката передбачив в 1935 К-захоплення, в 1938 побудував скалярну теорію ядерних сил і ввів нейтральний мезон для пояснення зарядовим незалежності ядерних сил. У 1953 висунув ідею проміжного бозона.
Але незабаром з'ясувалося, що виявлені частинок по ряду своїх параметрів відрізняються від мезонів, відповідальних за перенесення ядерної взаємодії. І тільки в 1947 р. були відкриті частки, які повністю відповідають прогнозам японського фізика-теоретика. У той же час з'явилася ідея про поле ядерних сил, які забезпечують стійкість ядра і природа якого ще до кінця не ясна. Характерними особливостями цих сил є дуже малий радіус дії і надзвичайна інтенсивність. Існує крапельна модель ядра, запропонована Бором.
У другій половині 20 століття при дослідженні ядерних реакцій було відкрито безліч елементарних частинок, великий внесок в систематизацію яких вніс Гелл-Манн.
Гелл-Манн Мюррей (р.15.09.1929) - американський фізик, член Національної АН (1960), Лондонського королівського товариства, премії Хейнемана і Лоуренса, медалі Франкліна і Карті. Народився в Нью-Йорку в родині емігрантів з Австрії. У п'ятнадцятирічному віці поступив і в 1948 закінчив Єльський університет, ступінь доктора - 1951 (Массачузетскій технологічний інститут). У 1952-54 працює в Чиказькому університеті, з 1954 - в Каліфорнійському технологічному інституті (з 1956 - професор).
Роботи в галузі квантової теорії поля, ядерної фізики, фізики елементарних частинок. У 1953 ввів поняття дивацтва - нового квантового числа для характеристики елементарних частинок і відкрив закон її збереження. У рамках своєї схеми класифікації часток передбачив нові частинки, висунув модель "глобальної симетрії". Спільно з Р. Фейнманом розробив теорію слабкої взаємодії (1958). У 1961 запропонував модель векторної домінантності і незалежно від Ю. Неємана систематику елементарних частинок (система симетрій Гелл-Манна - Неємана), за допомогою якої передбачив нову елементарну частинку (експериментально виявлена в 1964). Незалежно від інших висунув гіпотезу кварків (1964) та глюонів (1973). За відкриття, пов'язані з класифікацією елементарних часток й їхніх взаємодій, удостоєний Нобелівської премії з фізики в 1969 р.
Сучасні фізики, постійно вдосконалюючи методи дослідження, отримують нові експериментальні та теоретичні результати, і розвиток вчення про будову матерії триває.