கைகர்-மார்சதென் சோதனை

கைகர்-மார்சதென் சோதனை (Geiger–Marsden experiment, கைகர்-மார்ஸ்டன் சோதனை) அல்லது ரூதர்போர்டு தங்க மென்தகடு சோதனை (Rutherford gold foil experiment) என்பது ஒவ்வொரு அணுவிலும் நேர் மின்னூட்டம் கொண்ட உட்கரு உள்ளதைக் கண்டறிய உதவிய சோதனைகளில் முக்கியத்துவம் வாய்ந்த சோதனை ஆகும். ஆல்பா துகளைத் தங்க மென்தகட்டில் மோதச் செய்து, அதனால் அது சிதறுவதன் மூலம் அறிவியலாளர்கள் இதனை உய்த்துணந்தனர். இந்த உட்கருவே அணுவின் பெரும்பாலான எடையை கொண்டுள்ளது என்பதையும் கண்டறிந்தனர். 1908 - 1913 காலப்பகுதியில் மான்செட்டர் பல்கலைகழகத்தில் உள்ள இயற்பியல் ஆய்வுகூடத்தில் ஆன்சு கைகர் மற்றும் எனெசட் மார்சதென் ஆகிய அறிவியலாளர்களால் எனெச்ட் ரூதர்போர்டுவின் மேற்பார்வையில் இப்பரிசோதனை மேற்கொள்ளப்பட்டது.

எர்ணஸ்ட் ரதர்ஃபோர்டு

கான்ச் கைகர்

எனெசட் மார்சதென்

அணுவின் அமைப்பை விளக்கும் சில கோட்பாடுகள்

துகள்களுடன் உள்ள தாம்சனின் அணு மாதிரி

ரூதர்போர்டு தங்க மென்தகடு சோதனைக் காலகட்டத்தில் தாம்சன் பிரபுவின் "தாம்சன் அணு மாதிரி" மிகவும் அறியப்பட்டிருந்தது. இது பின்னர் செ. செ. தாம்சனால் மேலும் மேம்படுத்தப்பட்டது.^[1] செ.செ.தாம்சன் காலத்தில் நேர் மின்னூட்டம் கொண்ட புரோத்தனும், மின்சுமையற்ற நியூத்திரனும் கண்டறியப்படவில்லை. எனவே தாம்சனின் அணுக் கோட்பாட்டின்படி அணுவின் சமநிலையை விளக்க நேர் மின்னூட்டம் கொண்ட கோளத்தில் எதிர் மின்னூட்டம் கொண்ட இலத்திரன்கள் ஆங்காங்கே பொதிந்து உள்ளதாகக் கருதப்பட்டது. ஐதரசன் நிற மாலையை விளக்காததாலும், ரூதர்போர்டு தங்க மென்தகடு சோதனை முடிவுகளாலும் தாம்சன் அணுக் கோட்பாடு கைவிடப்பட்டது.^[2]

தாம்சனின் அணு மாதிரியின் விளைவுகள்

தாம்சன் அணு மாதிரியில், நேர் மின்னூட்டம் கொண்ட கோளத்தில் எதிர் மின்னூட்டம் கொண்ட இலத்திரன்கள் ஆங்காங்கே உள்ளதாகக் கொள்வதால், கூலும் விதியின் படி அணுவின் மின்புலம் குறைவாகவே இருக்கும். அதனால் நேர் மின்னுாட்டம் கொண்ட ஆல்ஃபா துகள், அணுவுடன் மோதும் போது ஒரு டிகிரிக்கும் குறைவான கோணத்திலேயே விலகல் அடைய வேண்டும்.^[3]

தாம்சனின் அணுக்கள் பெரிய நேர் மின்கோளமாக இருப்பதால், அதன் அருகில் செல்லும் ஆல்பா துகள்கள் அதிக கோணத்தில் விலகலடைய வேண்டும் என கணக்கிடப்பட்டது. இதில் இலத்திரன்களின் மின்னூட்டம் மிகச் சிறிதாக இருப்பதால் கணக்கில் கொள்ளப்படவில்லை.

Q_g = தங்க அணுவின் நேர் மின்னூட்ட அளவு = 79 e = 1.266×10⁻¹⁷ C

Q_α = ஆல்பா துகளின் நேர் மின்னூட்ட அளவு = 2 e = 3.204×10⁻¹⁹ C

r = தங்க அணுவின் ஆரம் = 1.44×10⁻¹⁰ m

v = ஆல்பா துகளின் திசைவேகம் = 1.53×10⁷ m/s

m = ஆல்பா துகளின் நிறை = 6.645×10⁻²⁷ kg

k = கூலும் மாறிலி = 8.998×10⁹ N·m²/C²

மரபார்ந்த இயற்பியலில்,கூலும் விசைக்கான சமன்பாடு,

p_y என்பது ஆல்பா துகளின் உந்த மாறுபாடு

p_{y}={\bar {F}}t<k{\frac {Q_{\alpha }Q_{g}}{r^{2}}}\cdot {\frac {2r}{v}}

\tan \theta ={\frac {p_{y}}{p_{x}}}<k{\frac {Q_{\alpha }Q_{g}}{r^{2}}}\cdot {\frac {2r}{v}}\cdot {\frac {1}{mv}}=8.987\times 10^{9}\cdot {\frac {3.204\times 10^{-19}\times 1.266\times 10^{-17}}{(1.44\times 10^{-10})^{2}}}\cdot {\frac {2\times 1.44\times 10^{-10}}{1.53\times 10^{7}}}\cdot {\frac {1}{6.645\times 10^{-27}\times 1.53\times 10^{7}}}

\theta <0.000325~{\text{rad}}~({\text{or}}~0.0186^{\circ })

மேலே காணப்பட்ட கணக்கீட்டில் தாம்சனின் அணுவினால், ஆல்பா துகள்கள் குறைந்த கோணத்தில் விலகலடைகிறது. ஆனால் 400 மடங்கு பெரிய தங்க அணுக்கள், ஆல்பா துகளை அதிக கோணத்தில் விலகலடையச் செய்ய வேண்டும். இதனால் தாம்சனின் அணுக் கோட்பாடு, இந்த வேறுபாட்டை விளக்காததால் தோல்வியடைந்தது.

கைகர்-மார்சதென் சோதனையின் வெளிப்பாடுகள்

இடது: தாம்சனின் அணு மாதிரி சரியாக இருந்தால், தங்க மென் தகடு வழியாகச் செல்லும் அனைத்து ஆல்பா துகள்களும் குறைந்த கோணத்தில் சிதறல் அடையும்.
வலது: கைகர்-மார்சதென் சோதனையில் சில ஆல்பா துகள்கள் அதிக கோணத்தில் விலகலடைந்தன.

ரூதர்போர்டு அவர்களின் தலைமையில் கைகர் மற்றும் மார்சதென் மேற்கொண்ட சோதனைகளில், தங்க மென் தகடு வழியாக ஆல்பா துகள்களை அனுப்பி, சிதறடிக்கப்படும் துகள்களை ஒளிரும் திரையில் (fluorescent screen) விழச் செய்தனர்.ஆல்பா துகள்கள் பல்வேறு கோணங்களிலும் சிதறடிக்கப்பட்டதையும், மிகச் சில துகள்கள் சென்ற பாதையிலே திருப்பி அனுப்பப்பட்டதையும் கண்டறிந்தனர்.
தாம்சனின் அணு மாதிரியின் அடிப்படையில் அனைத்து ஆல்பா துகள்களும் நோராக செல்ல வேண்டும்.ஆனால் தாம்சன் கூறியதை விட, நேர் மின்னுாட்டம் கொண்ட கோளம் மிகச் சிறியதாகவும், அதன் நிலை மின் விசை (electrostatic force) மிக அதிகமாகவும் இருந்தது கண்டறியப்பட்டது.
கைகர்-மார்சதென் அவர்கள் ஆல்பா துகள்களை, தங்க மென் தகட்டின் மீது மோதச் செய்த போது மிகச் சில ஆல்பா துகள்கள் 90° கோணத்திற்கு அதிகமான கோணத்தில் விலகலடைந்தன.பெரும்பான்மையான துகள்கள் ஊடுருவிச் சென்றன.
இதன் காரணமாக மிகச்கசிறிய அளவில் அணுவின் நேர் மின்னுாட்டம் பொதிந்து இருப்பதாகவும், பெரும்பாலான இடம் வெற்றிடமாக இருப்பதாகவும் தீர்மானிக்கப்பட்டது. அணுவிற்கு நேர் மின்னுாட்டம் கொண்ட உட்கரு இருப்பதாகவும் கருதப்பட்டது.
இதனடிப்படையில் தாம்சனின் அணு மாதிரி கைவிடப்பட்டு, மிகக் குறுகிய அளவிலான நேர் மின்னுாட்டம் கொண்ட உட்கருவும், அதனைச் சுற்றி எலெக்ட்ரான்கள் ஒரு மேகம் சுழன்று வருவதாக கூறப்பட்ட ரூதர்போர்டின் அணு மாதிரி ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டது.^[4]

கைகர்-மார்சதென் சோதனை

எதிர்பார்த்த முடிவுகள்

தாம்சனின் அணுக் கோட்பாட்டின் படி தங்க மென் தகட்டின் வழியாக செல்லும் ஆல்பா துகள்கள் விலகலேதும் அடையாமல் அடுத்த பகுதியை சென்றடைய வேண்டும்.எனவே விலகலேதும் அடையாமல் ஆல்பா துகள்கள் செல்லும் என எதிர்பார்க்கப்பட்டது.

கிடைத்த முடிவுகள்

மூன்று விதமான முடிவுகள் கிடைத்தன.

பெரும்பான்மையான ஆல்பா துகள்கள் விலகலேதும் அடையாமல் அடுத்த பகுதியை சென்றடைந்தன.
சில ஆல்பா துகள்கள் பல்வேறு கோணங்களில் சிதறடிக்கப்பட்டன.
மிகச் சில ஆல்பா துகள்கள் 180° எதிரொளிக்கப்பட்டன.

கிடைத்த முடிவுகளின் அடிப்படையில் அணுக் கோட்பாடு

சோதனை முடிவுகளின் அடிப்படையில் அணுவில் மிகக் குறுகிய அளவிலான நேர் மின்னுாட்டம் கொண்ட உட்கரு இருப்பதாகவும், எலெக்ட்ரான்கள் அதனைச் சுற்றி ஒரு மேகம் போல சுழன்று வருவதாகவும் கருதப்பட்டு, உட்கரு அடிப்படையிலான அணுமாதிாிகள் வரையறுக்கப்பட்டன.

குறிப்புகள்

ஆல்பா துகள்களின் மூலமாக (Source) ரேடான்-222 என்ற கதிரியக்கத் தனிமம் பயன்படுத்தப்பட்டது.
ஆல்ஃபா துகள், பீட்டா துகள், காமா கதிர் போன்றவற்றை கதிரியக்கத் தனிமங்கள் வெளிவிடுகின்றன என்பதை ரூதர்போர்டு கண்டறிந்தார் என்பது குறிப்பட்டது.
சோதனையில் ஒளிரும் திரை பயன்படுத்தப்பட்டதால், முடிவுகளைப் பார்வையிட இருட்டறை தேவைப்பட்டது. அறிஞர்களின் கண்கள் இருட்டறையில் பழகுவதற்கே அதிக நேரம் ஆகியது.
ஆல்பா துகள்களின் சிதறலைக் கணக்கிட கடினமாக இருந்ததால் பின்னர் கைகர் துகள் அளவி கண்டறியப்பட்டது.
தங்க மென் தகட்டின் தடிமன் சுமாராக 0.0004 மிமீ ஆக இருந்தது.
ஆல்ஃபா துகள் என்பது ஈலியம் அணுவின் உட்கருவாகும்.
துத்தநாக சல்பைடு பூசப்பட்ட ஒளிரும் திரை பயன்படுத்தப்பட்டது.^[5]

மேலும் காண்க

மேற்கோள்கள்

↑ முனைவர்.சேது.குணசேகரன் (2001). இயற்பியல்-மேல்நிலை இரண்டாம் ஆண்டு. தமிழ் நாட்டுப் பாடநுால் கழகம். pp. பக்7.
↑ "jj-thomson-s-atomic-model-and-theory". Archived from the original on 2020-10-23. பார்க்கப்பட்ட நாள் 7-06-2017. {{cite web}}: Check date values in: |accessdate= (help)
↑ Hyperphysics
↑ "Geiger-Marsden experiment". Archived from the original on 2014-10-06. பார்க்கப்பட்ட நாள் 8 சூன் 2017.
↑ "the-rutherford-geiger-marsden-experiment". பார்க்கப்பட்ட நாள் 9 சூன் 2017.

வெளியிணைப்புகள்

Description of the experiment, from cambridgephysics.org பரணிடப்பட்டது 2014-10-06 at the வந்தவழி இயந்திரம்

[1] முனைவர்.சேது.குணசேகரன் (2001). இயற்பியல்-மேல்நிலை இரண்டாம் ஆண்டு. தமிழ் நாட்டுப் பாடநுால் கழகம். pp. பக்7.

[2] "jj-thomson-s-atomic-model-and-theory". Archived from the original on 2020-10-23. பார்க்கப்பட்ட நாள் 7-06-2017. {{cite web}}: Check date values in: |accessdate= (help)

[3] Hyperphysics

[4] "Geiger-Marsden experiment". Archived from the original on 2014-10-06. பார்க்கப்பட்ட நாள் 8 சூன் 2017.

[5] "the-rutherford-geiger-marsden-experiment". பார்க்கப்பட்ட நாள் 9 சூன் 2017.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]