Hans Geiger

Hans Geiger (1882-1945) opfandt geigertælleren.

Hans Geiger var en tysk atomfysiker, der var bedst kendt for sin opfindelse af Geiger-tælleren, en enhed, der blev brugt til at tælle atompartikler, og for sit banebrydende arbejde inden for atomfysik med Ernest Rutherford.

Johannes Geiger blev født i Neustadt ander-Haardt, Rheinland-Palatinate, Tyskland, den 30. September 1882. Hans far var professor i filologi ved Universitetet i Erlangen fra 1891 til 1920. Den ældste af fem børn, to drenge og tre piger, Geiger blev oprindeligt uddannet på Erlangen Gymnasium, hvorfra han dimitterede i 1901. Efter at have afsluttet sin obligatoriske militærtjeneste studerede han fysik ved Universitetet i Munchen og ved Universitetet i Erlangen, hvor hans vejleder var Professor Eilhard Viedemann. Han modtog en doktorgrad fra sidstnævnte institution i 1906 for sin afhandling om elektriske udladninger gennem gasser.

samme år flyttede Geiger til Manchester University i England for at slutte sig til sin værdsatte fysikafdeling. Først var han assistent for hovedet, Arthur Schuster, en ekspert på gasionisering. Da Schuster forlod i 1907, fortsatte Geiger sin forskning med Schusters efterfølger, Ernest Rutherford, og den unge fysiker Ernest Marsden. Rutherford skulle have en dybtgående indflydelse på den unge Geiger, hvilket udløste hans interesse for atomfysik. Deres forhold, der begyndte som partnere på nogle af Geigers vigtigste eksperimenter, var livslang og er dokumenteret i en række breve mellem dem.

ud over at føre tilsyn med de forskningsstuderende, der arbejder på laboratoriet, begyndte Geiger en række eksperimenter med Rutherford om radioaktive emissioner baseret på Rutherfords påvisning af emission af alfapartikler fra radioaktive stoffer. Sammen begyndte de at undersøge disse alfapartikler og opdagede blandt andet, at to alfapartikler syntes at blive frigivet, da uran blev opløst. Da alfapartikler kan trænge igennem tynde vægge af faste stoffer, antog Rutherford og Geiger, at de kunne bevæge sig lige gennem atomer. Geiger designet apparatet, som de brugte til at skyde strømme af alfapartikler gennem guldfolie og på en skærm, hvor de blev observeret som scintillationer eller små lysglimt.

manuelt at tælle de tusindvis af scintillationer produceret pr. Geiger var angiveligt noget af en arbejdsnarkoman, der satte lange timer på at optage lyset blinker. David noterede sig i Rutherford: Simpelt geni, at Rutherford i et brev fra 1908 til sin ven Henry A. Bumstead bemærkede: “Geiger er en god mand og arbejder som en slave… er en dæmon på arbejdet og kunne tælle med intervaller i en hel nat uden at forstyrre hans ligevægt. Jeg forbandede kraftigt efter to minutter og trak mig tilbage fra konflikten.”Geiger blev udfordret af tilfældigheden af deres metode til at opfinde en mere præcis teknik. Hans løsning var en primitiv version af” Geiger-tælleren”, den maskine, som hans navn oftest er forbundet med. Denne prototype var i det væsentlige en meget følsom elektrisk enhed designet til at tælle alfapartikelemissioner.

Geigers enkle, men geniale måleenhed gjorde det muligt for ham og Rutherford at skelne, at alfapartikler faktisk er dobbelt ladede nukleare partikler, identiske med kernen i heliumatomer, der bevæger sig med høj hastighed. Parret etablerede også den grundlæggende enhed for elektrisk ladning, når den er involveret i elektrisk aktivitet, hvilket svarer til det, der bæres af et enkelt hydrogenatom. Disse resultater blev offentliggjort i to fælles papirer i 1908 med titlen “En Elektrisk Metode til at tælle antallet af alfapartikler” og “ladningen og arten af Alfapartiklen.”

ved at bombardere guldet med alfapartiklerne observerede Geiger og Rutherford, at størstedelen af partiklerne gik lige igennem. Imidlertid fandt de uventet, at nogle få af partiklerne blev afbøjet eller spredt ved kontakt med atomerne i guldet, hvilket indikerer, at de var kommet i kontakt med et meget kraftigt elektrisk felt. Rutherfords beskrivelse af begivenheden afslørede dens betydning: “det var som om du havde fyret en femten tommer skal på et stykke tissuepapir, og det var hoppet tilbage og ramt dig.”Disse observationer blev offentliggjort i fællesskab af Geiger og Marsden i en artikel med titlen “On a Diffuse Reflection of the Alpha-Particles” til Proceedings of the Royal Society i juni 1909.

tredive år senere huskede Geiger,” først kunne vi slet ikke forstå dette, ” bemærkede han. Geiger fortsatte med at studere spredningseffekten og offentliggjorde yderligere to papirer om det samme år. Den første, med Rutherford, havde titlen “Sandsynlighedsvariationerne i fordelingen af alfa-partikler.”Den anden, der henviste til sit arbejde med Marsden, behandlede “spredningen af alfa-partikler efter Stof.”Geigers arbejde med Rutherford og Marsden inspirerede endelig Rutherford i 1910 til at konkludere, at atomerne indeholdt en positivt ladet kerne eller kerne, der frastødte alfapartiklerne. “En dag kom Rutherford, åbenbart i den bedste ånd, ind i min og fortalte mig, at han nu vidste, hvordan atomet så ud, og hvordan man forklarede de store afbøjninger af alfa-partiklerne. Samme dag begyndte jeg et eksperiment for at teste forholdet, som Rutherford forventede mellem antallet af spredte partikler og spredningsvinklen.”

Geigers resultater var nøjagtige nok til at overtale Rutherford til at offentliggøre sin opdagelse i 1910. Ikke desto mindre fortsatte Geiger og Marsden deres eksperimenter for at teste teorien i endnu et år og afsluttede dem i juni 1912. Deres resultater blev offentliggjort på tysk i Vienna i 1912 og på engelsk i Det Filosofiske magasin i April 1913. Dr. T. J. Trenn, en moderne fysikforsker, karakteriserede Geigers og Marsdens arbejde i denne periode: “det var ikke Geiger-Marsden-spredningsbeviset som sådan, der gav massiv støtte til Rutherfords model af atomet. Det var snarere konstellationen af beviser, der var tilgængelige gradvist fra foråret 1913, og dette til gengæld kombineret med en voksende overbevisning havde en tendens til at øge betydningen eller den ydre værdi, der blev tildelt Geiger-Marsden-resultaterne ud over det, som de iboende besad i Juli 1912.”

i 1912 gav Geiger sit navn til Geiger-Nuttal-loven, der siger, at radioaktive atomer med korte halveringstider udsender alfapartikler i høj hastighed. Han reviderede det senere, og i 1928 gjorde en ny teori af George Gamov og andre fysikere det overflødigt. Også i 1912 vendte Geiger tilbage til Tyskland for at tiltræde en stilling som direktør for det nye laboratorium for radioaktivitet ved Physikalisch-Technische Reichsanstalt i Berlin, hvor han opfandt et instrument til måling af ikke kun alfapartikler, men også betastråler og andre former for stråling.

Geigers forskning blev udvidet det følgende år med ankomsten til laboratoriet for James Bothe, to fremtrædende atomfysikere. Med sidstnævnte dannede Geiger, hvad der ville være en lang og frugtbar faglig forening, der undersøgte forskellige aspekter af radioaktive partikler sammen. Men deres arbejde blev afbrudt af udbruddet af Første Verdenskrig. Vervet med de tyske tropper kæmpede Geiger som en artilleriofficer overfor mange af sine gamle kolleger fra Manchester inklusive Marsden og H. G. J. Moseley fra 1914 til 1918. De år, der blev brugt i skyttegrave på frontlinjerne, efterlod Geiger med smertefuld gigt. Da krigen var forbi, genoptog Geiger sin stilling i Reichsanstalt, hvor han fortsatte sit arbejde med Bothe. I 1920 giftede Geiger sig med Elisabeth Heffter, med hvem han havde tre sønner.

Geiger flyttede fra Reichsanstalt i 1925 for at blive professor i fysik ved Universitetet i Kiel. Hans ansvar omfattede undervisning af studerende og vejledning af et betydeligt forskerteam. Han fandt også tid til at udvikle sig sammen med Mueller, det instrument, som hans navn oftest er forbundet med: Geiger-Mueller-tælleren, ofte benævnt Geiger-tælleren. Elektrisk detektering og tælling af alfapartikler, tælleren kan lokalisere en hastighedspartikel inden for ca.en centimeter i rummet og inden for hundrede millioner sekund i tiden. Den består af en lille metalbeholder med en elektrisk isoleret ledning i hjertet, hvortil der påføres et potentiale på omkring 1000 volt. I 1925 brugte Geiger sin tæller til at bekræfte Compton-effekten, det vil sige spredningen af røntgenstråler, der afviklede eksistensen af lyskvantum eller pakker med energi.

Geiger forlod Kiel til universitetet i Tubingen i oktober 1929 for at fungere som professor i fysik og direktør for forskning ved dets fysikinstitut. Installeret på instituttet arbejdede Geiger utrætteligt for at øge Geiger-tællerens hastighed og følsomhed. Som et resultat af hans indsats var han i stand til at opdage samtidige udbrud af stråling kaldet kosmiske strålebyger og koncentrerede sig om deres undersøgelse resten af sin karriere.

Geiger vendte tilbage til Berlin i 1936, da han blev tilbudt formanden for Fysik ved Technische Hochschule. Hans opgradering af tælleren og hans arbejde med kosmiske stråler fortsatte. Han havde også travlt med at lede et team af atomfysikere, der undersøgte kunstig radioaktivitet og biprodukter fra nuklear fission (splittelsen af atomets kerne). Også i 1936 overtog Geiger redaktion af tidsskriftet seitschrift fur Physik, en stilling han opretholdt indtil sin død. Det var på dette tidspunkt, at Geiger også lavede en sjælden udflugt til politik, fremkaldt af stigningen til magten i Tyskland af Adolf Hitlers nationalsocialistiske parti. Fascisterne forsøgte at udnytte fysik til deres formål og engagere landets forskere i arbejde, der ville gavne Det Tredje Rige. Geiger Og mange andre fremtrædende fysikere var forfærdet over spøgelset af politisk indblanding i deres arbejde af fascisterne. Geiger komponerede et positionspapir, der repræsenterer de fleste fysikers synspunkter, hvad enten det er teoretisk, eksperimentelt eller teknisk. Da disse mænd var politisk konservative, blev deres beslutning om at modsætte sig nationalsocialisterne taget alvorligt, og femoghalvfjerds af Tysklands mest bemærkelsesværdige fysikere satte deres navne på Heisenberg-Geiger Memorandum. Det blev præsenteret for Reichs uddannelsesministerium i slutningen af 1936.

dokumentet beklagede fysikens tilstand i Tyskland og hævdede, at der var for få kommende fysikere, og at studerende skyede væk fra emnet på grund af angreb på teoretisk fysik i aviserne af nationalsocialister. Teoretisk og eksperimentel fysik gik hånd i hånd, den fortsatte, og angreb på begge grene skulle ophøre. Memorandummet syntes at stoppe angreb på teoretisk fysik, i det mindste på kort sigt. Det illustrerede også, hvor alvorligt Geiger og hans medarbejdere tog truslen mod deres arbejde fra fascisterne.

Geiger fortsatte med at arbejde på Technische Hochschule gennem krigen, skønt han mod den sidste del i stigende grad var fraværende, begrænset til seng med gigt. I 1938 blev Geiger tildelt Hughes-medaljen fra Royal Academy of Science og Dudell-medaljen fra London Physics Society. Han var først lige begyndt at vise tegn på forbedring af hans helbred, da hans hjem nær Babelsberg blev besat i juni 1945. Lidt dårligt blev Geiger tvunget til at flygte og søge tilflugt i Potsdam, hvor han døde den 24.September 1945.

yderligere læsning

Beyerchen, Alan D., forskere under Hitler: Politik og Fysikfællesskabet i Det Tredje Rige, Yale University Press, 1979.

Ordbog over videnskabelig biografi, bind 5, Scribner, 1972, s.330-333.

Vilhelm, Trevor I., en biografisk Ordbog over forskere, John Viley & Sønner, 1982, s. 211.

Vilson, David, Rutherford: simpelt geni, MIT Press, 1983.

“Geiger Og Proportionaltællere,” i Nucleonics, December 1947, s.69-75.

“Hughes-medalje tildelt Professor Hans Geiger,” i naturen, bind 124, 1929, s. 893.

Krebs, A. T., ” Hans Geiger: Halvtredsårsdagen for offentliggørelsen af hans doktorafhandling, 23. juli 1906,” i videnskab, bind 124, 1956, s.166.

“minder om Rutherford i Manchester,” i naturen, bind 141, 1938, s. 244. □

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.