问题的关键是,把陈慕武和爱丁顿炸伤了无所谓,倘若是把那台被当做宝贝一样的粒子加速器给炸坏了,卢瑟福可能真的会和陈慕武拼命。
爱丁顿的热情肯定是不好拒绝,因而陈慕武打定主意,名义上让他在旁边打下手帮帮忙,然而实际上的所有操作必须全由自己一个人来完成,爱丁顿还是远远的站在一旁,当个观众就好。
想到这里,陈慕武笑着对爱丁顿做出了回应:“好的,爱丁顿教授,我这就去给英国空气公司打电话,让他们尽快制备出一罐氘气,运送到剑桥大学来.”
卡文迪许实验室能做到楼上楼下有吊灯,可却做不到每一个房间里都安装电话。
陈慕武只能跑到有电话的屋子里,向英国空气公司订购了容积最小的一罐液氘。
液氘的价格不算太贵,卡文迪许实验室也会足额支付全部的价钱,但空气公司那边其实很不愿意做这个工作。
一是制备液氘要求的温度更低,操作起来很麻烦。
二是陈慕武这边所需求的量太少,开一次机器不太划算。
不过就算是不情愿,空气公司也并没有拒绝这一请求。
剑桥大学是全英国最好的高等学府,卡文迪许实验室有了陈慕武之后,又随时都可能在研究中找到新的发现,液氘就是一个最好的例子。
只要和卡文迪许实验室搞好关系,如果将来他们的一些发现恰好与低温物理学有关的话,空气公司说不定也能成功得到授权,把技术层面的发现转变成工业上的应用,进而从中收获好处和利益。
在电话中,英国空气公司向陈慕武保证,一定会尽快液化分离液氘,并且在生产尽快的第一时间,就把罐子送到剑桥大学里来。
这个过程虽然很快,但陈慕武估摸着怎么着也得等上几天的时间。
他向爱丁顿说明了自己的想法,让天文台台长稍安勿躁,回去等候消息。
什么时候英国空气公司把实验所需要的液氘送到以后,自己一定会第一时间去天台找爱丁顿,请他再次去到粒子加速器这里,帮忙进行实验。
只是,爱丁顿似乎对这件事情有着自己的看法。
“陈,我们为什么不能直接在卡文迪许实验室里,自行制备氘气呢?”
听到这个问题,陈慕武觉得又好气又好笑,他刚刚那个电话似乎是白打了。
“教授,说实话,我也想在实验室里制取,只是当初我发现液氘的仪器不在卡文迪许实验室,而是在伦敦皇家研究所里的戴维-法拉第实验室。
“与其折腾一趟,跑到伦敦去再跑回来,就为了制备那么一点点液氘的话,还不如等英国空气公司制好之后把罐装氘气给送过来,两者基本上差不了太多的时间.”
“不不不,”爱丁顿摇了摇头,“陈,我不是这个意思。
我是想问,既然我们要做的实验是用被加速过后的氘核去轰击靶子里面的氘,然后获得氮元素。
那么为什么不能以此类推,直接用质子轰击质子,不就可以获得氘核了吗?”
好好好,爱丁顿又提出来了一个“好”问题。
他最新发言当中的槽点变得更密集了,陈慕武一时间竟不知道应该从哪里开始下嘴。
爱丁顿以为陈慕武要做的实验是氘轰击氘生成氦-4,这个观点还算情有可原。
因为一开始爱丁顿的想法就是用四个氢聚变成一个氦-4,有了氘之后,不仅会让参与聚变反应的粒子数变少一半,还能帮爱丁顿解决一个之前没有想好的大问题。
那就是四个质子带的是四个正电荷,而生成的氦-4核,只带两个正电荷。
如此一来,四个质子聚变的时候,还要额外再加上两个带负电的电子,必须同时由这六个粒子参与,才能让核反应前后达成电荷平衡。
而两个氘核带两个正电荷,这次不用电子参与反应,就能达到电荷平衡了。
因为现在的物理学家们还不知道微观粒子之间还有强弱两种相互作用,都以为带电的粒子无论排斥还是吸引,都是库仑力的作用。
在爱丁顿的初始理论当中,且不论四个质子和两个电子,这六个运动中的粒子必须同时汇聚在一起才能聚合成一个新粒子的概率有多低。
只说这六个粒子当中既有吸引又有排斥,库仑力会让它们的运动轨道发生偏转从而阻止聚变的发生。
所以在爱丁顿的计算里,必须让粒子们获得足够大的动能,也就是在温度足够高之后,能够突破库仑力的阻碍,让它们最终聚合到一起。
这个足够高的温度,经过计算应该在百亿度。
而对现实中的太阳进行估算,其中心区域的温度只能在四千万度左右,和理论差了好几个数量级。
所以爱丁顿的聚变理论刚一提出来就被其他天文学家们所否定,认为完全是无稽之谈。
爱丁顿听说陈慕武要用氘来进行实验,下意识地就带入到了氘和氘生成氦-4的反应里面。
他认为一下子从六个粒子参与反应,转变成两个粒子参与反应,库仑力带来的排斥效果可能会降低,因而反应所需的温度也很有可能会随之降低。
用氘轰击氘确实能产生核反应,但最后生成的产物不是爱丁顿想象中的氦-4,而是氢-3,也就是氚。
原时空中,卢瑟福和奥利芬特就是用这个反应找到了氢的第二种同位素。
陈慕武觉得如果这次还有额外时间的话,倒是可以装成不知情的样子进行一下尝试,把氚的发现权也收归到自己的名下。
但是爱丁顿在话语最后提出来的,用质子轰击质子,进而产生氘核的这个想法,让陈慕武有些哭笑不得。
用质子轰击质子,两个质子会先聚变成双质子,也就是没有中子存在的氦-2原子核。
然后其中一个质子通过弱相互作用向外发射一个正电子和一个电子中微子,变成中子,让氦-2变成氘-2。
因为一个氘核的质量比两个氢核的质量要大,根据质能方程来看,这个反应是一个吸能反应,所需能量大概在百万电子伏特的数量级。
把质子加速到这个能量,对卡文迪许实验室的粒子加速器来说,并不算困难。
而困难的是生成氦-2原子核后,这个双质子核会有超过%的概率在小于一纳秒的时间内衰变回两个质子,并且分开。
氦-2原子核衰变成氘核的概率,低于万分之一。
太阳等恒星当中普遍存在这个反应,那是因为恒星的体量巨大。
而且太阳里面的质子和质子也不是通过高能量结合到一起,而是通过量子隧穿效应突破库仑壁垒,平均反应时间在亿年数量级。
可对于物理学家们来说,想要在实验室中把这个反应重现出来,比大海捞针要困难得多。
只能说爱丁顿的想法是好的,但陈慕武希望他下次不要再想了。
可他又不能和爱丁顿直说,只能找借口把这件事情给搪塞过去。
“教授,不知道您看没看过粒子加速器建成之后,我们实验室发表的相关论文吗?”
爱丁顿摇了摇头:“这我还真没有,我只知道你造出来个了不起的大家伙。
陈,那些论文中有什么新的发现么?”
“稀松平常,没有什么太了不起的发现.”
陈慕武稍微凡尔赛了一下,那些反应在他一个过来人的眼里,确实也就那样。
可是从零到一,从无到有,本身就是一件了不起的事情。
他把话说得玄之又玄,爱丁顿更加摸不着头脑:“那你还提这几篇论文做什么?”
“教授,我是想说,虽然没做出什么了不起的发现来,但是也多多少少用被加速过的质子去轰击其他靶元素,得到过几种已经存在或者是新发现的原子核。
“但如果仔细阅读实验室发表的那几篇论文,就能得知,这台加速器上从没生成过氘核。
“难道说这是因为实验室里没人做质子轰击氢气的实验吗?
“恰恰相反,是因为有人已经进行过尝试,氢核和氢核之间,至少在这台加速器上不能发生聚变反应,只是两枚形状大小质量都相同的圆球进行了一次碰撞而已。
“不妨让我把话讲得更明白一些,利用粒子加速器不能制备出氘来,我们只能等着英国空气公司那边把液氘送过来,才能进行下一步的实验.”
第347章 86激动人心的时刻
“可是,”爱丁顿依然有点儿不死心,“你所说的两个氢原子核不能在一起聚变成一个氘原子核,是不是还有其他的原因?”
陈慕武不知道爱丁顿又想到了些什么奇怪的点子,他没有说话,只是皱着眉头摆出一副很疑惑的表情盯着爱丁顿。
“比如说,是不是因为加速的电势差不够大,所以没有把氢原子核加速到使其具有足够大的动能,所以两个质子之间只能发生弹性碰撞,或者说它们连弹性碰撞都没有发生,直接因为同性相斥的库仑斥力给弹开了呢?”
加速电压这个数量,应该是足够的。
可是陈慕武现在拿不出证据,而且就算解释也说不通,所以他只好含糊其辞:“可能吧,但是卡文迪许实验室我们建造出来的这台粒子加速器,它最高也只能把质子的能量加速到百万电子伏特的数量级,再高的话就无能为力了。
“至少实验室里的其他人在定格条件下加速质子,大家依然没能发现两个氢原子核能够发生聚变,产生一个教授您希望见到的氘核.”
爱丁顿同样很无奈:“好吧,既然是因为这台粒子加速器最大加速电压的限制,这件事情确实不好办。
但会不会还有其他的因素。
比如说,两个氢原子核撞击在一起没能发生聚变而生成一个氘核,让我想想……”
藏在镜片后的一双眼睛目光凝重,看的出来爱丁顿确实是在认真思考:“有没有这么一种可能,就是说两个氢原子核带两个正电,而一个氘原子核只带一个正电。
这个反应前后因为电荷不守恒,所以才没办法发生?陈,你说是不是这个道理!我们应该往这个实验里面再加上一些自由电子!”
爱丁顿觉得自己想明白了为什么卡文迪许实验室做粒子轰击实验会失败,像是发现了新大陆的哥伦布一样激动不已。
“呃,教授,教授!请您冷静一点.”
爱丁顿的想当然,让陈慕武觉得又好气又好笑。
不知道正电子的存在,不知道一个带正电的质子可以通过正贝塔衰变释放一个正电子和一个电子中微子而转变成一个中子,所以为了满足电荷守恒定律,必须让反应中增加一个能够平衡反应前后电荷量的带负电的电子,爱丁顿能想到这个问题,确实能算是情有可原。
因为在卢瑟福提出来的原子核组成中,核内除了质子之外,还有由一个质子和一个电子组成电中性粒子。
所以按照卢瑟福的原子核模型,一个相对原子质量为4,带的电荷量为两个正电荷的氦-4原子核,其内部的组成部分,就应该是两个质子,和两个由质子和电子组成的电中性粒子,加在一起就是四个质子和两个电子。
不过就算爱丁顿认为是电子在平衡电荷守恒,也不能说整个反应前后都没有出现电子。
难不成为了能让反应环境当中增添一些电子,应该要往加速器里面再加一个阴极,让它往里面发射阴极射线么?
不管是谁说这个反应里面没有电子的存在,陈慕武就要第一个跳出来不答应。
虽然粒子源中产生的氢原子核,是利用把氢气变成的氢分子、电子和质子组合而成的等离子体,再利用加压整流把氢原子核从中分离出来的。
但是,这个轰击实验靶子,可并不同样是游离于空间之中的氢原子核,而是填充在反应空间里的氢气。
被加速的质子会有一定的概率碰撞到氢分子当中的一个氢原子,然后再尝试着进行核反应。
而一个氢分子当中,不光是有两个氢原子核,除此之外,还有组成共价键的一对电子。
电子一直都存在于这个反应之中,只是爱丁顿下意识地忽略了,认为其不存在而已。
如果想要达到他所设想的那样,利用一个没有电子的氢原子核,去轰击另外一个没有电子的氢原子核,也不是不能办到。
但是想要实现这个目的,就需要两台粒子加速器面对面摆放,两边分别加速一个质子,再让这两个质子相向而行,来一个面对面的“撞击”。
但这个想法对于卡文迪许实验室来说,是巧妇难为无米之炊,因为他们没有第二台粒子加速器。
听到陈慕武细致入微的解释,爱丁顿总算是接受了他的观点,也认识到了自己刚刚的想法似乎是有些天真。
为了能够彻底说服爱丁顿,陈慕武甚至还去翻找了存在资料室里的云雾室照片,让前者通过照相底片上清楚记录下来的影像,和通过云雾室轨迹计算出来的粒子数据,彻底相信质子和质子轰击到一起,然后生成的产物同样也是质子和质子,并没有氘原子核的出现。
这下子爱丁顿总算是没了话说,刚刚激动万分的心情也消失不见,就像是霜打了的茄子那样,低下了头。
不过他心中的希望也并不是完全被熄灭,现在的爱丁顿只盼着英国空气公司的那帮人,能够赶快把他们制备出来的液氘,在第一时间送到卡文迪许实验室里来,然后他们就可以进行实验看看他们的设想到底成不成功,太阳里面的能量来源,是不是就是自己所预言的核聚变反应。
爱丁顿已经再不去想自己早先的那套理论,什么四个质子和两个电子,聚合到一起变成一个氦原子核。
他现在觉得陈慕武的那个想法更加合理,两个相对原子质量为2,带电量为1的氘原子核,聚变成为一个相对原子质量为4,带电量为2的氦-4原子核,整个核反应当中不必要再出现额外的电子参与,不是更加合理了么?
显然爱丁顿还不知道,这个实验的产物,其实并不会像他想象当中的那么合理。
作为贵格会的忠实信徒之一,爱丁顿已经在心中开始默默祈祷,他无比希望陈慕武接下来在粒子加速器上进行的实验,能够不走一点儿弯路,不出现任何差错地直接成功。
几年之前,他和陈慕武两个人配合得很默契,成功地在剑桥大学天文台发现了太阳系的第九大行星。
但愿这一次,他们两个人能够复刻上一次的辉煌,共同携手勘破太阳,或者说恒星,源源不断地向外散发着光和热的奥秘。
通过各种摆证据讲道理,陈慕武总算是把从进入卡文迪许实验室开始就显得无比激动的爱丁顿,给重新劝回了平静状态。
并且他还向后者承诺,只要英国空气公司一把他们制备的液氘送到实验室,自己就去天文台通知爱丁顿,让他和自己一起到粒子加速器的那间实验室里去做实验。