Hans Geiger

Hans Geiger (1882-1945) feltalálta a Geiger-számlálót.

Hans Geiger német atomfizikus volt, aki leginkább az atomrészecskék számlálására használt Geiger-számláló feltalálásáról, valamint Ernest Rutherforddal végzett úttörő munkájáról ismert.

Johannes Wilhelm Geiger született Neustadt ander-Haardt (most Neustadt ander-Weinstrasse), Rajna-vidék-Pfalz, Németország, szeptember 30, 1882. Apja, Wilhelm Ludwig Geiger, a filológia professzora volt a Erlangeni Egyetem 1891 – től 1920-ig. Az öt gyermek közül a legidősebb, két fiú és három lány, Geiger kezdetben az Erlangen Gimnáziumban tanult, ahonnan 1901-ben végzett. Kötelező katonai szolgálatának befejezése után fizikát tanult a Müncheni Egyetemen, valamint az Erlangeni Egyetemen, ahol oktatója Eilhard Wiedemann professzor volt. 1906-ban doktori fokozatot kapott az utóbbi intézménytől a gázokon keresztüli elektromos kisülésekről szóló disszertációjáért.

ugyanebben az évben Geiger az angliai Manchesteri Egyetemre költözött, hogy csatlakozzon megbecsült fizikai tanszékéhez. Eleinte asszisztense volt a fejének, Arthur Schusternek, a gázionizáció szakértőjének. Amikor Schuster 1907-ben távozott, Geiger Schuster utódjával folytatta kutatásait, Ernest Rutherfordés a fiatal fizikus Ernest Marsden. Rutherfordnak mély hatást kellett gyakorolnia a fiatal Geigerre, felkeltve érdeklődését a nukleáris fizika iránt. Kapcsolatuk, amely Geiger néhány legfontosabb kísérletében partnerként kezdődött, egész életen át tartott, és a köztük lévő levelek sorozatában dokumentálva van.

a laboratóriumban dolgozó kutató hallgatók felügyelete mellett Geiger kísérletsorozatot kezdett Rutherforddal a radioaktív kibocsátásokról, Rutherford radioaktív anyagokból származó alfa-részecskék kibocsátásának kimutatása alapján. Együtt kezdték kutatni ezeket az alfa-részecskéket, többek között felfedezve, hogy az urán szétesésekor két alfa-részecske szabadult fel. Mivel az alfa-részecskék áthatolhatnak a szilárd anyagok vékony falain, Rutherford és Geiger feltételezték, hogy egyenesen mozoghatnak az atomokon. Geiger megtervezte azt a készüléket, amellyel alfa-részecskék áramlatait aranyfólián keresztül lőtték egy képernyőre, ahol szcintillációként vagy apró fényvillanásként figyelték meg őket.

a percenként előállított több ezer szcintilláció kézi számlálása fáradságos feladat volt. Geiger állítólag valami munkamániás volt, aki hosszú órákat töltött a fényvillanások rögzítésével. David Wilson megjegyezte Rutherfordban: Rutherford egy 1908-as levelében, amelyet barátjának, Henry A. Bumsteadnek írt, megjegyezte: “Geiger jó ember, és úgy dolgozik, mint egy rabszolga… démon a munkában, és egy egész éjszakát képes számolni anélkül, hogy megzavarná nyugalmát. Két perc elteltével erőteljesen átkoztam, és visszavonultam a konfliktusból.”Geigert megkérdőjelezte módszertanuk véletlenszerűsége, hogy pontosabb technikát találjon ki. Megoldása a “Geiger-számláló” primitív változata volt, a gép, amellyel a nevét leggyakrabban társítják. Ez a prototípus lényegében egy nagyon érzékeny elektromos eszköz volt, amelyet az alfa-részecskék kibocsátásának számlálására terveztek.

Geiger egyszerű, de ötletes mérőeszköze lehetővé tette neki és Rutherfordnak, hogy felismerjék, hogy az alfa részecskék valójában kettős töltésű nukleáris részecskék, azonosak a nagy sebességgel haladó hélium atomok magjával. A pár létrehozta az elektromos töltés alapegységét is, amikor részt vesz az elektromos tevékenységben, ami egyenértékű azzal, amelyet egyetlen hidrogénatom hordoz. Ezek az eredmények tették közzé két közös papírokat 1908-ban című “egy elektromos módszer számolás száma alfa-részecskék” és ” a töltés és a természet az alfa-részecske.”

amikor az aranyat alfa részecskékkel bombázták, Geiger és Rutherford megfigyelték, hogy a részecskék többsége egyenesen átment. Váratlanul azonban azt találták, hogy néhány részecske elhajlott vagy szétszóródott az arany atomjaival való érintkezéskor, jelezve, hogy nagyon erős elektromos mezővel érintkeztek. Rutherford leírása az eseményről, amelyet Wilson rögzített, feltárta annak fontosságát: “olyan volt, mintha egy tizenöt hüvelykes kagylót lőtt volna egy darab selyempapírra, amely visszapattant és eltalált. Ezeket a megfigyeléseket Geiger és Marsden közösen publikálta “az alfa-részecskék diffúz Tükröződéséről” című cikkében a Proceedings of the Royal Society számára 1909 júniusában.

harminc évvel később Geiger visszaemlékezett: “először ezt egyáltalán nem tudtuk megérteni” – jegyezte meg Wilson. Geiger folytatta a szórási hatás tanulmányozását, abban az évben további két cikket tett közzé róla. Az első, Rutherforddal, “az alfa-részecskék eloszlásának valószínűségi variációi” címet kapta.”A második, a Marsdennel végzett munkájára hivatkozva, az alfa-részecskék anyag általi szétszóródásával foglalkozott.”Geiger Rutherforddal és Marsdennel végzett munkája végül 1910-ben arra a következtetésre jutott, hogy az atomok pozitív töltésű magot vagy atommagot tartalmaznak, amely taszítja az alfa-részecskéket. Wilson megjegyezte Geiger visszaemlékezését, hogy ” egy nap Rutherford, nyilvánvalóan a legjobb hangulatban, bejött hozzám, és elmondta, hogy most már tudja, hogy néz ki az atom, és hogyan magyarázza az alfa-részecskék nagy eltéréseit. Ugyanezen a napon kísérletbe kezdtem, hogy teszteljem a Rutherford által elvárt összefüggést a szétszórt részecskék száma és a szórás szöge között.”

Geiger eredményei elég pontosak voltak ahhoz, hogy rávegyék Rutherfordot, hogy nyilvánosságra hozza felfedezését 1910-ben. Ennek ellenére Geiger és Marsden még egy évig folytatták kísérleteiket, hogy teszteljék az elméletet, és 1912 júniusában befejezték őket. Eredményeiket 1912-ben Bécsben németül, 1913 áprilisában pedig a Philosophical Magazine-ban angolul tették közzé. Wilson megjegyezte, hogy Dr. T. J. Trenn, a modern fizika tudósa, jellemezte Geiger és Marsden munkáját ebben az időszakban: “nem a Geiger-Marsden szóródási bizonyíték, mint olyan, nyújtott hatalmas támogatást Rutherford atommodelljének. Inkább az 1913 tavaszától fokozatosan rendelkezésre álló bizonyítékok konstellációja volt, és ez viszont egyre növekvő meggyőződéssel párosulva inkább növelte a Geiger-Marsden eredményekhez rendelt jelentőséget vagy külső értéket azon túl, amelyet 1912 júliusában lényegében birtokoltak.”

1912-ben Geiger nevét adta a Geiger-Nuttal törvénynek, amely kimondja, hogy a rövid felezési idejű radioaktív atomok nagy sebességgel bocsátanak ki alfa-részecskéket. Később átdolgozta, és 1928-ban George Gamow és más fizikusok új elmélete feleslegessé tette. Szintén 1912-ben Geiger visszatért Németországba, hogy vegye fel a poszt igazgatója az új laboratórium radioaktivitás a Physikalisch-Technische Reichsanstalt Berlinben, ahol feltalált egy mérőeszköz nem csak az alfa-részecskék, hanem a béta-sugarak és más típusú sugárzás is.

Geiger kutatásait a következő évben kibővítették James Chadwick és Walter Bothe laboratóriumában, két kiváló nukleáris fizikus. Ez utóbbival Geiger hosszú és gyümölcsöző szakmai szövetséget hozott létre, amely együtt vizsgálta a radioaktív részecskék különböző aspektusait. Munkájukat azonban megszakította az első világháború kitörése. Geiger 1914-től 1918-ig tüzérségi tisztként harcolt régi Manchesteri kollégáival, köztük Marsdennel és H. G. J. Moseley-vel. A frontvonalak árkaiban guggolva töltött évek fájdalmas reumát okoztak Geigernek. A háború végével Geiger folytatta posztját a Reichsanstalt, ahol Bothe-val folytatta munkáját. 1920-ban Geiger feleségül vette Elisabeth Hefftert, akivel három fia született.

Geiger 1925-ben költözött a Reichsanstaltból, hogy a Kieli Egyetem fizika professzora legyen. Feladatai közé tartozott a hallgatók tanítása és egy jelentős kutatócsoport irányítása. Időt talált arra is, hogy Walther Muellerrel kifejlessze azt az eszközt, amellyel a nevét leggyakrabban társítják: a Geiger-Mueller számlálót, amelyet általában Geiger számlálónak neveznek. Az alfa-részecskék elektromos detektálásával és számlálásával a számláló a száguldó részecskéket a térben körülbelül egy centiméteren belül, az időben pedig százmilliomodik másodpercen belül képes megtalálni. Ez egy kis fémtartályból áll, amelynek szívében elektromosan szigetelt huzal van, amelyre körülbelül 1000 voltos potenciált alkalmaznak. 1925-ben Geiger számlálójával megerősítette a Compton-effektust, vagyis a röntgensugarak szétszóródását, amely rendezte a fénykvantum vagy energiacsomagok létezését.

Geiger bal Kiel a University of Tubingen októberében 1929 szolgálni fizika professzora és kutatási igazgatója a Fizikai Intézet. Az intézetben telepített Geiger fáradhatatlanul dolgozott a Geiger számláló sebességének és érzékenységének növelésén. Erőfeszítéseinek eredményeként képes volt felfedezni a kozmikus sugárzuhanyoknak nevezett egyidejű sugárzást, és karrierjének hátralévő részében ezek tanulmányozására koncentrált.

Geiger 1936-ban visszatért Berlinbe, amikor felajánlották a Fizika Tanszékének a Technische Hochschule-ban. A számláló korszerűsítése és a kozmikus sugarakkal kapcsolatos munkája folytatódott. Azzal is elfoglalta magát, hogy atomfizikusokból álló csapatot vezessen, amely a mesterséges radioaktivitást és a maghasadás melléktermékeit (az atommag hasadását) kutatja. Szintén 1936-ban Geiger átvette a folyóirat szerkesztését Zeitschrift fur Physik, egy posztot haláláig tartott. Ebben az időben Geiger is ritka kirándulást tett a politikába, amelyet Adolf Hitler nemzetiszocialista Pártjának hatalomra jutása váltott ki Németországban. A nácik arra törekedtek, hogy a fizikát a saját céljaikra használják fel, és az ország tudósait olyan munkába vonják be, amely a Harmadik Birodalom javát szolgálja. Geigert és sok más neves fizikust megdöbbentett a nácik munkájukba való politikai beavatkozás kísértete. Együtt Werner Karl Heisenberg és Max Wien, Geiger írt állásfoglalást képviselő nézeteit a legtöbb fizikus, hogy elméleti, kísérleti, vagy technikai. Mivel ezek az emberek politikailag konzervatívak voltak, komolyan vették a Nemzeti szocialistákkal szembeni ellenállásukat, és Németország hetvenöt legnevesebb fizikusa a Heisenberg-Wien-Geiger Memorandumba tette nevüket. 1936 végén mutatták be a birodalmi Oktatási Minisztériumnak.

a dokumentum a német fizika helyzetét siratta, azt állítva, hogy túl kevés feltörekvő fizikus van, és hogy a diákok félnek a témától, mert a nemzetiszocialisták az újságokban támadják az elméleti fizikát. Az elméleti és kísérleti fizika kéz a kézben járt, folytatódott, és bármelyik ág elleni támadásokat meg kell szüntetni. Úgy tűnt, hogy a Memorandum legalább rövid távon megállította az elméleti fizika elleni támadásokat. Azt is illusztrálta, hogy Geiger és társai mennyire komolyan vették a nácik fenyegetését a munkájukra.

Geiger a háború alatt folytatta a munkát a Technische Hochschule-ban, bár az utóbbi rész felé egyre inkább hiányzott, reumás ágyra szorítva. 1938-ban Geiger megkapta a Hughes-érmet a Királyi Tudományos Akadémiától és a Dudell-érmet a London Physics Society-től. Ő csak most kezdett jeleit mutatják javulás az egészsége, amikor a hazai közelében Babelsberg volt elfoglalva 1945 júniusában. Szenved rosszul, Geiger kénytelen volt elmenekülni, és menedéket keresnek Potsdam, ahol meghalt szeptember 24-én, 1945.

további olvasmányok

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

Tudományos életrajz szótára, 5.kötet, Scribner, 1972, 330-333.

Williams, Trevor I., A tudósok életrajzi szótára, John Wiley & Sons, 1982, p. 211.

Wilson, David, Rutherford: egyszerű zseni, MIT Press, 1983.

“Geiger és arányos számlálók”, Nucleonics, December, 1947, PP.69-75.

“Hans Geiger professzornak odaítélt Hughes-érem” a természetben, 124. kötet, 1929, p.893.

Krebs, A. T., ” Hans Geiger: Doktori disszertációjának ötvenedik évfordulója, 23 július 1906, ” in Science, Volume 124, 1956, p. 166.

“Rutherford emlékei Manchesterben” a természetben, 141. kötet, 1938, p.244. □

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.