Hans Geiger

Hans Geiger (1882-1945) vynalezl Geigerův čítač.

Hans Geiger byl německý jaderný fyzik nejlépe známý pro svůj vynález Geigerova počítadla, zařízení používaného pro počítání atomových částic, a pro jeho průkopnickou práci v jaderné fyzice s Ernestem Rutherfordem.

Johannes Wilhelm Geiger se narodil v Neustadt ander-Haardt (nyní Neustadt ander-Weinstrasse), Porýní-Falc, Německo, 30. Září 1882. Jeho otec, Wilhelm Ludwig Geiger, byl profesorem filologie na univerzitě v Erlangenu v letech 1891 až 1920. Nejstarší z pěti dětí, dvou chlapců a tří dívek, byl Geiger vzděláván zpočátku na gymnáziu Erlangen, ze kterého absolvoval v roce 1901. Po absolvování povinné vojenské služby studoval fyziku na univerzitě v Mnichově a na univerzitě v Erlangenu, kde jeho učitelem byl profesor Eilhard Wiedemann. Doktorát z této instituce získal v roce 1906 za svou práci o elektrických výbojích plyny.

téhož roku se Geiger přestěhoval na Manchesterskou univerzitu v Anglii, aby se připojil k jejímu váženému fyzikálnímu oddělení. Zpočátku byl asistentem jeho hlavy, Arthura Schustera, odborníka na ionizaci plynu. Když Schuster odešel v roce 1907, Geiger pokračoval ve výzkumu se schusterovým nástupcem Ernestem Rutherfordem a mladým fyzikem Ernestem Marsdenem. Rutherford měl mít hluboký vliv na mladého Geigera, což vyvolalo jeho zájem o jadernou fyziku. Jejich vztah, který začal jako partneři na některých Geigerových nejdůležitějších experimentech, byl celoživotní a je dokumentován řadou dopisů mezi nimi.

kromě dohledu nad výzkumnými studenty pracujícími v laboratoři zahájil Geiger řadu experimentů s Rutherfordem o radioaktivních emisích založených na rutherfordově detekci emisí alfa částic z radioaktivních látek. Společně začali zkoumat tyto alfa částice a objevili mimo jiné, že se při rozpadu uranu uvolnily dvě alfa částice. Protože alfa částice mohou pronikat tenkými stěnami pevných látek, Rutherford a Geiger předpokládali, že se mohou pohybovat přímo atomy. Geiger navrhl zařízení, které používali k natáčení proudů alfa částic přes zlatou fólii a na obrazovku, kde byly pozorovány jako scintilace nebo malé záblesky světla.

ruční počítání tisíců scintilací vyrobených za minutu bylo pracným úkolem. Geiger byl údajně něco jako workoholik, který dal dlouhé hodiny zaznamenávání záblesků světla. David Wilson poznamenal v Rutherfordu: Jednoduchý génius, který v dopise z roku 1908 svému příteli Henrymu a. Bumsteadovi Rutherford poznamenal: „Geiger je dobrý člověk a pracuje jako otrok … je démon v práci a mohl počítat v intervalech po celou noc, aniž by narušil jeho vyrovnanost. Po dvou minutách jsem rázně propadl a odešel z konfliktu.“Geiger byl zpochybněn nahodilostí jejich metodiky vymyslet přesnější techniku. Jeho řešením byla primitivní verze „Geigerova počítadla“, stroje, se kterým je jeho jméno nejčastěji spojováno. Tento prototyp byl v podstatě vysoce citlivé elektrické zařízení určené k počítání emisí alfa částic.

Geigerovo jednoduché, ale důmyslné měřicí zařízení umožnilo jemu a Rutherfordovi rozeznat, že alfa částice jsou ve skutečnosti dvojnásobně nabité jaderné částice, identické s jádrem atomů helia, které cestují vysokou rychlostí. Dvojice také stanovila základní jednotku elektrického náboje, když je zapojena do elektrické aktivity, což je ekvivalentní jednotce nesené jediným atomem vodíku. Tyto výsledky byly publikovány ve dvou společných dokumentech v roce 1908 s názvem „elektrická metoda počítání počtu alfa částic“ a “ náboj a povaha alfa částice.“

při bombardování zlata alfa částicemi Geiger a Rutherford pozorovali, že většina částic prošla přímo. Neočekávaně však zjistili, že několik částic bylo vychýleno nebo rozptýleno při kontaktu s atomy ve zlatě, což naznačuje, že přišli do styku s velmi silným elektrickým polem. Rutherfordův popis události zaznamenaný Wilsonem odhalil její význam: „bylo to, jako byste vystřelili patnáctipalcovou skořápku na kus hedvábného papíru a odrazil se a zasáhl vás.“.“Tato pozorování společně publikovali Geiger a Marsden v článku nazvaném“ o difúzním odrazu alfa-částic “ pro Sborník královské společnosti v červnu 1909.

o třicet let později si Geiger vzpomněl: „Zpočátku jsme to vůbec nemohli pochopit,“ poznamenal Wilson. Geiger pokračoval ve studiu rozptylového efektu a v tomto roce o něm publikoval další dva dokumenty. První, s Rutherfordem, byl nazván “ pravděpodobnostní změny v distribuci alfa-částic.“Druhý, s odkazem na jeho práci s Marsdenem, se zabýval“ rozptylem alfa-částic hmotou.“Geigerova práce s Rutherfordem a Marsdenem nakonec inspirovala Rutherforda v roce 1910 k závěru, že atomy obsahují kladně nabité jádro nebo jádro, které odpuzovalo alfa částice. Wilson poznamenal Geigerovu vzpomínku, že “ jednoho dne Rutherford, očividně v nejlepším duchu, přišel do mého a řekl mi, že teď ví, jak atom vypadal a jak vysvětlit velké průhyby alfa-částic. Ve stejný den jsem zahájil experiment, který testoval vztah očekávaný Rutherfordem mezi počtem rozptýlených částic a úhlem rozptylu.“

Geigerovy výsledky byly dostatečně přesné, aby přesvědčily Rutherforda, aby zveřejnil svůj objev v roce 1910. Nicméně Geiger a Marsden pokračovali ve svých experimentech, aby testovali teorii další rok a dokončili je v červnu 1912. Jejich výsledky byly publikovány v němčině ve Vídni v roce 1912 a v angličtině ve filozofickém časopise v dubnu 1913. Wilson poznamenal, že Dr. T. J. Trenn, moderní vědec fyziky, charakterizoval Geigerovu a Marsdenovu práci tohoto období: „nebyl to Geiger-Marsdenův rozptylový důkaz jako takový, který poskytoval masivní podporu Rutherfordovu modelu atomu. Bylo to spíše souhvězdí důkazů dostupných postupně od jara 1913, a to zase spolu s rostoucím přesvědčením mělo tendenci zvyšovat význam nebo vnější hodnotu přiřazenou Geiger-Marsdenovým výsledkům nad rámec toho, co vlastnili v červenci 1912.“

v roce 1912 dal Geiger své jméno Geiger-Nuttalskému zákonu, který uvádí, že radioaktivní atomy s krátkými poločasy emitují alfa částice vysokou rychlostí. Později ji revidoval a v roce 1928 ji nová teorie George Gamowa a dalších fyziků učinila nadbytečnou. Také v roce 1912 se Geiger vrátil do Německa, aby se ujal funkce ředitele nové laboratoře pro radioaktivitu ve Physikalisch-Technische Reichsanstalt v Berlíně, kde vynalezl přístroj pro měření nejen alfa částic, ale i beta paprsků a dalších typů záření.

Geigerův výzkum byl rozšířen následující rok příchodem do laboratoře Jamese Chadwicka a Waltera Botheho, dvou významných jaderných fyziků. S posledně jmenovaným vytvořil Geiger to, co by bylo dlouhé a plodné profesní sdružení, které společně zkoumalo různé aspekty radioaktivních částic. Jejich práce však byla přerušena vypuknutím první světové války. Narukoval s německými jednotkami, Geiger bojoval jako dělostřelecký důstojník proti mnoha svým starým kolegům z Manchesteru, včetně Marsdena A H. G. J. Moseleyho v letech 1914 až 1918. Roky strávené krčením v zákopech na předních liniích opustil Geiger s bolestivým revmatismem. Po skončení války Geiger pokračoval ve svém postu v Reichsanstalt, kde pokračoval ve své práci s Bothe. V roce 1920 se Geiger oženil s Elisabeth Heffterovou, se kterou měl tři syny.

Geiger se přestěhoval z Reichsanstalt v roce 1925, aby se stal profesorem fyziky na univerzitě v Kielu. Jeho povinnosti zahrnovaly výuku studentů a vedení značného výzkumného týmu. Také si našel čas na vývoj, s Waltherem Muellerem, nástrojem, s nímž je jeho jméno nejčastěji spojováno: Geiger-Muellerův čítač, běžně označovaný jako Geigerův čítač. Elektricky detekující a počítající alfa částice, počítadlo může lokalizovat urychlující částice v prostoru asi jeden centimetr a v čase sto miliontin sekundy. Skládá se z malé kovové nádoby s elektricky izolovaným drátem v srdci, na který je aplikován potenciál asi 1000 voltů. V roce 1925 použil Geiger svůj čítač k potvrzení Comptonova efektu, tedy rozptylu rentgenových paprsků, který urovnal existenci světelného kvantum, neboli paketů energie.

Geiger opustil Kiel na univerzitě v Tubingenu v říjnu 1929 sloužit jako profesor fyziky a ředitel výzkumu na svém Fyzikálním ústavu. Instalovaný v Ústavu, Geiger neúnavně pracoval na zvýšení rychlosti a citlivosti Geigerova počítadla. V důsledku jeho úsilí, byl schopen objevit současné výbuchy záření zvané sprchy kosmického záření, a soustředil se na jejich studium po zbytek své kariéry.

Geiger se vrátil do Berlína v roce 1936 poté, co mu bylo nabídnuto křeslo fyziky na Technische Hochschule. Jeho modernizace počítadla a jeho práce na kosmických paprscích pokračovaly. Byl také zaneprázdněn vedením týmu jaderných fyziků zkoumajících umělou radioaktivitu a vedlejší produkty jaderného štěpení (štěpení jádra atomu). Také v roce 1936 Geiger převzal redakci časopisu Zeitschrift fur Physik, post si udržel až do své smrti. Právě v této době Geiger také provedl vzácnou exkurzi do politiky, vyvolanou vzestupem Národní socialistické strany Adolfa Hitlera k moci v Německu. Nacisté se snažili využít fyziku ke svým cílům a zapojit vědce země do práce, která by prospěla Třetí říši. Geiger a mnoho dalších významných fyziků byli zděšeni přízrakem politického zasahování nacistů do jejich práce. Spolu s Wernerem Karlem Heisenbergem a Maxem Wienem složil Geiger poziční dokument představující názory většiny fyziků, ať už teoretických, experimentálních nebo technických. Protože tito muži byli politicky konzervativní, jejich rozhodnutí postavit se proti národním socialistům bylo bráno vážně, a sedmdesát pět nejvýznamnějších německých fyziků uvedlo svá jména do memoranda Heisenberg-Wien-Geiger. Koncem roku 1936 byl předložen říšskému Ministerstvu školství.

dokument bědoval nad stavem fyziky v Německu a tvrdil, že existuje příliš málo začínajících fyziků a že studenti se vyhýbali tomuto tématu kvůli útokům na teoretickou fyziku v novinách národními socialisty. Teoretická a experimentální fyzika šla ruku v ruce, pokračovala a útoky na obě větve by měly přestat. Zdálo se, že Memorandum zastavilo útoky na teoretickou fyziku, alespoň v krátkodobém horizontu. To také ilustrovalo, jak vážně Geiger a jeho spolupracovníci vzali hrozbu pro svou práci od nacistů.

Geiger pokračoval v práci na Technische Hochschule přes válku, ačkoli k druhé části byl stále více nepřítomný, upoutaný na lůžko s revmatismem. V roce 1938 získal Geiger Hughesovu medaili od Královské akademie věd a Dudellovu medaili od London Physics Society. Teprve v červnu 1945 začal vykazovat známky zlepšení svého zdraví, když byl jeho dům poblíž Babelsbergu obsazen. Těžce trpěl, Geiger byl nucen uprchnout a hledat útočiště v Postupimi, kde zemřel 24. září 1945.

další čtení

Beyerchen, Alan D., vědci pod Hitlerem: politika a fyzikální komunita ve Třetí říši, Yale University Press, 1979.

slovník vědecké biografie, Svazek 5, Scribner, 1972, s. 330-333.

Williams, Trevor I., A Biographical Dictionary of Scientists, John Wiley & Sons, 1982, s. 211.

Wilson, David, Rutherford: Simple Genius, MIT Press, 1983.

„Geiger a proporcionální čítače“, in Nukleonics, December, 1947, PP. 69-75.

„Hughesova medaile udělená profesorovi Hansi Geigerovi“, in Nature, Volume 124, 1929, s. 893.

Krebs, A. T., “ Hans Geiger: Padesáté výročí zveřejnění jeho disertační práce, 23. července 1906, “ in Science, Volume 124, 1956, s. 166.

„Memories of Rutherford in Manchester,“ in Nature, Volume 141, 1938, p. 244. □

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.