Hans Geiger

Hans Geiger (1882-1945) keksi Geigermittarin.

Hans Geiger oli saksalainen ydinfyysikko, joka tunnetaan parhaiten atomihiukkasten laskemiseen käytettävän Geigermittarin keksimisestä ja uraauurtavasta työstään ydinfysiikan parissa Ernest Rutherfordin kanssa.

Johannes Wilhelm Geiger syntyi Neustadt ander-Haartissa (nykyinen Neustadt ander-Weinstrasse) Rheinland-Pfalzin osavaltiossa Saksassa 30.syyskuuta 1882. Hänen isänsä Wilhelm Ludwig Geiger oli Erlangenin yliopiston filologian professori 1891-1920. Vanhin viidestä lapsesta, kaksi poikaa ja kolme tyttöä, Geiger oli koulutettu aluksi Erlangen Gymnasium, josta hän valmistui vuonna 1901. Suoritettuaan pakollisen asepalveluksensa hän opiskeli fysiikkaa Münchenin yliopistossa ja Erlangenin yliopistossa, jossa hänen opettajanaan toimi professori Eilhard Wiedemann. Hän sai tohtorin, jälkimmäinen laitos vuonna 1906 hänen thesis, sähkö päästöjen kautta kaasuja.

samana vuonna Geiger muutti Manchesterin yliopistoon Englantiin liittyäkseen sen arvostettuun fysiikan laitokseen. Aluksi hän oli sen johtajan, kaasu-ionisaation asiantuntijan Arthur Schusterin avustaja. Kun Schuster lähti vuonna 1907, Geiger jatkoi tutkimuksiaan Schusterin seuraajan Ernest Rutherfordin ja nuoren fyysikon Ernest Marsdenin kanssa. Rutherford oli olla syvällinen vaikutus nuori Geiger, kipinöitä hänen kiinnostuksensa ydinfysiikkaan. Heidän suhteensa, joka alkoi kumppaneina joissakin Geigerin tärkeimmistä kokeista, oli elinikäinen, ja se on dokumentoitu sarjassa kirjeitä heidän välillään.

labrassa työskentelevien tutkimusopiskelijoiden valvonnan lisäksi Geiger aloitti Rutherfordilla sarjan radioaktiivisia päästöjä koskevia kokeita, jotka perustuivat Rutherfordin havaitsemiin radioaktiivisten aineiden alfahiukkasten päästöihin. Yhdessä he alkoivat tutkia näitä alfahiukkasia ja huomasivat muun muassa, että kaksi alfahiukkasta näytti vapautuvan uraanin hajotessa. Koska alfahiukkaset voivat tunkeutua ohuiden kiintoaineseinämien läpi, Rutherford ja Geiger olettivat, että ne voisivat liikkua suoraan atomien läpi. Geiger suunnitteli sen, että alfahiukkasia ammuttiin kultafolion läpi valkokankaalle, jossa ne havaittiin tuikkuina eli pieninä valonvälähdyksinä.

tuhansien minuutissa tuotettujen tuikkien laskeminen käsin oli työlästä. Geiger oli kuulemma työnarkomaani, joka teki pitkiä päiviä tallentaen valonvälähdyksiä. David Wilson totesi Rutherfordissa: Yksinkertainen Nero, että vuonna 1908 kirje hänen ystävänsä Henry A. Bumstead, Rutherford huomautti, ”Geiger on goodman ja työtä kuin orja… on demoni työssä ja voisi laskea välein koko yön häiritsemättä hänen tyyneyttä. Kirosin voimakkaasti kahden minuutin jälkeen ja vetäydyin konfliktista.”Geigerin haasteena oli heidän metodologiansa sattumanvaraisuus tarkemman tekniikan keksimisessä. Hänen ratkaisunsa oli alkeellinen versio” Geigermittarista”, koneesta, johon hänen nimensä useimmiten liitetään. Tämä prototyyppi oli pohjimmiltaan erittäin herkkä sähkölaite, joka oli suunniteltu alfahiukkaspäästöjen laskemiseen.

Geigerin yksinkertaisen mutta nerokkaan mittalaitteen avulla hän ja Rutherford saivat selville, että alfahiukkaset ovat itse asiassa kaksin verroin varautuneita ydinhiukkasia, jotka ovat identtisiä suurella nopeudella matkaavien heliumatomien ytimen kanssa. Pari perusti myös sähkövarauksen perusyksikön osallistuessaan sähköiseen toimintaan, joka vastaa yksittäisen vetyatomin kuljettamaa varausta. Nämä tulokset julkaistiin kahdessa yhteisessä paperissa vuonna 1908 otsikolla ”an Electrical Method of Counting the Number of Alpha Particles” ja ”The Charge and Nature of the Alpha Particle.”

pommittaessaan kultaa alfahiukkasilla Geiger ja Rutherford havaitsivat, että suurin osa hiukkasista meni suoraan läpi. He kuitenkin havaitsivat odottamatta, että jotkin hiukkaset poikkesivat tai hajaantuivat joutuessaan kosketuksiin kullan atomien kanssa, mikä osoitti niiden joutuneen kosketuksiin hyvin voimakkaan Sähkökentän kanssa. Rutherfordin kuvaus Wilsonin tallentamasta tapahtumasta paljasti sen merkityksen: ”oli kuin olisit ampunut viisitoistatuumaisen kranaatin pehmopaperia kohti ja se olisi kimponnut takaisin ja osunut sinuun.”Geiger ja Marsden julkaisivat nämä havainnot yhdessä Royal Societyn Proceedings of the Royal Societyn julkaisemassa artikkelissa ”on a Diffuse Reflection of the Alpha-Particles” kesäkuussa 1909.

kolmekymmentä vuotta myöhemmin Geiger muisteli:” aluksi emme voineet ymmärtää tätä ollenkaan”, Wilson totesi. Geiger jatkoi tutkimista sironta vaikutus, julkaisemalla kaksi muuta papereita siitä samana vuonna. Ensimmäinen, yhdessä Rutherfordin kanssa, oli otsikoitu ”the Probability Variations in the Distribution of Alpha-Particles.”Toinen, viitaten hänen työhönsä Marsdenin kanssa, käsitteli” alfahiukkasten sirontaa aineen vaikutuksesta.”Geigerin työ Rutherfordin ja Marsdenin kanssa innoitti Rutherfordin lopulta vuonna 1910 päättelemään, että atomeissa oli positiivisesti varautunut ydin eli ydin, joka karkotti alfahiukkaset. Wilson pani merkille Geigerin muistikuvan, että ” eräänä päivänä Rutherford, ilmeisen hyvällä tuulella, tuli luokseni ja kertoi minulle, että hän nyt tiesi, miltä atomi näytti ja miten selittää alfahiukkasten suuret taipumat. Samana päivänä aloitin kokeen, jossa testattiin Rutherfordin odottamaa suhdetta sironneiden hiukkasten määrän ja sirontakulman välillä.”

Geigerin tulokset olivat sen verran tarkkoja, että Rutherford suostutteli julkistamaan löytönsä vuonna 1910. Tästä huolimatta Geiger ja Marsden jatkoivat kokeitaan teorian testaamiseksi vielä vuoden ajan ja saivat ne valmiiksi kesäkuussa 1912. Niiden tulokset julkaistiin saksaksi Wienissä vuonna 1912 ja englanniksi filosofisessa aikakauslehdessä huhtikuussa 1913. Wilson huomautti, että nykyajan fysiikan tutkija Tri T. J. Trenn luonnehti Geigerin ja Marsdenin työtä tältä ajalta: ”Geiger-Marsden-sirontatodisteet eivät sellaisenaan antaneet massiivista tukea Rutherfordin atomimallille. Se oli pikemminkin keväästä 1913 lähtien vähitellen saatavilla oleva todistusaineisto, ja tämä vuorostaan yhdistettynä kasvavaan vakaumukseen oli omiaan lisäämään Geiger-Marsden-tuloksille osoitettua merkitystä tai ulkoista arvoa enemmän kuin se, mikä niillä oli heinäkuussa 1912.”

vuonna 1912 Geiger antoi nimensä Geiger-Nuttaalilaille, jonka mukaan radioaktiiviset atomit, joilla on lyhyt puoliintumisaika, emittoivat alfahiukkasia suurella nopeudella. Myöhemmin hän tarkisti sitä, ja vuonna 1928 George Gamowin ja muiden fyysikoiden uusi teoria teki sen tarpeettomaksi. Myös vuonna 1912 Geiger palasi Saksaan ottamaan viran johtajana uuden laboratorion radioaktiivisuutta klo Physikalisch-Technische Reichsanstalt Berliinissä, jossa hän keksi väline mitata paitsi alfa hiukkasia, mutta beetasäteilyä ja muunlaista säteilyä sekä.

Geigerin tutkimus laajeni seuraavana vuonna, kun kaksi ansioitunutta ydinfyysikkoa James Chadwick ja Walter Bothe saapuivat laboratorioon. Viimeksi mainitun kanssa Geiger muodosti pitkän ja hedelmällisen ammattiyhdistyksen, joka tutki radioaktiivisten hiukkasten eri puolia yhdessä. Heidän työnsä kuitenkin keskeytyi ensimmäisen maailmansodan syttyessä. Värväytynyt Saksan joukot, Geiger taisteli tykistöupseerina vastapäätä monia hänen vanhoja kollegansa Manchester kuten Marsden ja H. G. J. Moseley 1914-1918. Rintamalinjojen juoksuhaudoissa kyyristelevät Vuodet aiheuttivat Geigerille tuskallisen reuman. Sodan päätyttyä Geiger palasi Reichsanstaltiin, jossa hän jatkoi työtään Bothen kanssa. Vuonna 1920 Geiger meni naimisiin Elisabeth Heffterin kanssa, jonka kanssa hän sai kolme poikaa.

Geiger siirtyi vuonna 1925 Reichsanstaltista Kielin yliopiston fysiikan professoriksi. Hänen tehtäviinsä kuului opiskelijoiden opettaminen ja mittavan tutkimusryhmän ohjaaminen. Hän löysi myös aikaa kehittää Walther Muellerin kanssa instrumenttia, johon hänen nimensä useimmiten liitetään: Geiger-Muellerin laskuria, josta yleisesti käytetään nimitystä Geiger-laskuri. Sähköisesti havaitessaan ja laskiessaan alfahiukkasia laskuri voi paikantaa kiihdyttävän hiukkasen noin senttimetrin etäisyydeltä avaruudesta ja sadan miljoonasosasekunnin tarkkuudella ajassa. Se koostuu pienestä metallisäiliöstä, jonka ytimessä on sähköisesti eristetty johto, johon kohdistetaan noin 1000 voltin potentiaali. Vuonna 1925 Geiger käytti laskuriaan vahvistaakseen Comptonin ilmiön eli röntgensäteiden sironnan, joka ratkaisi valon kvantin eli energiapakettien olemassaolon.

Geiger lähti kielistä Tubingenin yliopistoon lokakuussa 1929 toimiakseen fysiikan professorina ja tutkimusjohtajana sen fysiikkainstituutissa. Geiger toimi instituutissa väsymättä lisätäkseen Geigermittarin nopeutta ja herkkyyttä. Ponnistelujensa tuloksena hän pystyi löytämään samanaikaisia kosmisten säteiden suihkuiksi kutsuttuja säteilypurkauksia ja keskittyi niiden tutkimiseen uransa loppuajan.

Geiger palasi Berliiniin vuonna 1936, kun hänelle tarjottiin fysiikan professuuria Technische Hochschulessa. Hänen työtään kosmisten säteiden parissa jatkettiin. Hän oli myös kiireinen johtaessaan ydinfyysikkojen ryhmää, joka tutki keinotekoista radioaktiivisuutta ja ydinfission sivutuotteita (atomin ytimen halkeamista). Myös vuonna 1936 Geiger otti editorship, journal Zeitschrift fur Physik, postitse hän ylläpitää kuolemaansa asti. Näihin aikoihin Geiger teki myös harvinaisen retken politiikkaan Adolf Hitlerin kansallissosialistisen puolueen noustua valtaan Saksassa. Natsit pyrkivät valjastamaan fysiikan omiin tarkoituksiinsa ja sitouttamaan maan tiedemiehet työhön, joka hyödyttäisi kolmatta valtakuntaa. Geiger ja monet muut huomattavat fyysikot olivat tyrmistyneitä siitä, että natsit sekaantuivat poliittisesti heidän työhönsä. Yhdessä Werner Karl Heisenberg ja Max Wien, Geiger koostuu kanta paperi edustaa näkemyksiä useimmat fyysikot, onko teoreettinen, kokeellinen tai tekninen. Koska nämä miehet olivat poliittisesti konservatiivisia, heidän päätöksensä vastustaa kansallissosialisteja otettiin vakavasti, ja seitsemänkymmentäviisi Saksan merkittävintä fyysikkoa pani nimensä Heisenberg-Wien-Geiger-Muistioon. Se esiteltiin valtakunnan opetusministeriölle loppuvuodesta 1936.

dokumentissa valiteltiin fysiikan tilaa Saksassa väittäen, että nousevia fyysikoita oli liian vähän ja että opiskelijat välttelivät aihetta kansallissosialistien sanomalehdissä esittämien teoreettista fysiikkaa koskevien hyökkäysten vuoksi. Teoreettinen ja kokeellinen fysiikka kulkivat käsi kädessä, se jatkui, ja hyökkäykset kumpaankin haaraan pitäisi lopettaa. Muistio näytti pysäyttävän hyökkäykset teoreettista fysiikkaa vastaan ainakin lyhyellä aikavälillä. Se havainnollisti myös sitä, miten vakavasti Geiger ja hänen työtoverinsa suhtautuivat natsien työhönsä kohdistamaan uhkaan.

Geiger jatkoi työtään Technische Hochschulessa läpi sodan, joskin loppupuolta kohti hän oli yhä poissaoleva ja joutui reuman vuoksi vuoteeseen. Vuonna 1938 Geiger sai Hughes-mitali, Royal Academy of Science ja Dudell-mitali, London Physics Society. Hän oli vasta alkanut osoittaa merkkejä parannuksesta hänen terveytensä, kun hänen kotiin lähellä Babelsberg oli miehitetty kesäkuussa 1945. Geiger joutui pakenemaan ja etsimään turvaa Potsdamista, jossa hän kuoli 24.syyskuuta 1945.

Further Reading

Beyerchen, Alan D., Scientists under Hitler: Politics and the Physics Community in The Third Reich, Yale University Press, 1979.

Dictionary of Scientific Biography, Volume 5, Scribner, 1972, s.330 & ndash; 333.

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

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

”Geiger and Proportional Counters”, teoksessa Nucleonics, Joulukuu 1947, s.69-75.

” Hughes Medal Awarded to Professor Hans Geiger”, Nature, Volume 124, 1929, s. 893.

Krebs, A. T., ” Hans Geiger: Hänen väitöskirjansa julkaisemisen viideskymmenes vuosipäivä, 23. heinäkuuta 1906, ” in Science, Volume 124, 1956, s. 166.

” Memories of Rutherford in Manchester”, Nature, Volume 141, 1938, s.244. □

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.