Hans Geiger

Hans Geiger (1882-1945) wynalazł licznik Geigera.

Hans Geiger był niemieckim fizykiem jądrowym najbardziej znanym ze swojego wynalazku licznika Geigera, urządzenia służącego do liczenia cząstek atomowych, oraz ze swojej pionierskiej pracy w fizyce jądrowej z Ernestem Rutherfordem.

Johannes Wilhelm Geiger urodził się 30 września 1882 roku w Neustadt ander-Haardt (obecnie Neustadt ander-Weinstrasse) w Nadrenii-Palatynacie. Jego ojciec, Wilhelm Ludwig Geiger, był w latach 1891-1920 profesorem filologii na Uniwersytecie w Erlangen. Jako najstarszy z pięciorga dzieci, dwóch chłopców i trzech dziewcząt, Geiger kształcił się początkowo w Erlangen Gymnasium, które ukończył w 1901 roku. Po odbyciu obowiązkowej służby wojskowej studiował fizykę na Uniwersytecie w Monachium oraz na Uniwersytecie w Erlangen, gdzie jego nauczycielem był Profesor Eilhard Wiedemann. Na tej ostatniej uczelni w 1906 roku uzyskał doktorat za pracę na temat wyładowań elektrycznych przez gazy.

w tym samym roku Geiger przeniósł się na Uniwersytet w Manchesterze w Anglii, aby dołączyć do cenionego Wydziału Fizyki. Początkowo był asystentem jego szefa, Arthura Schustera, eksperta od jonizacji gazu. Kiedy Schuster odszedł w 1907 roku, Geiger kontynuował badania z następcą Schustera, Ernestem Rutherfordem i młodym fizykiem Ernestem Marsdenem. Rutherford miał mieć głęboki wpływ na młodego Geigera, co wywołało jego zainteresowanie fizyką jądrową. Ich związek, który rozpoczął się jako partnerzy przy niektórych z najważniejszych eksperymentów Geigera, trwał przez całe życie i jest udokumentowany w serii listów między nimi.

oprócz nadzoru nad studentami pracującymi w laboratorium, Geiger rozpoczął serię eksperymentów z Rutherfordem na temat emisji radioaktywnych, w oparciu o detekcję Rutherforda emisji cząstek alfa z substancji radioaktywnych. Razem rozpoczęli badania nad tymi cząstkami alfa, odkrywając między innymi, że dwie cząstki alfa wydawały się uwalniane, gdy rozpadł się uran. Ponieważ cząstki alfa mogą przenikać przez cienkie ściany ciał stałych, Rutherford i Geiger przypuszczali, że mogą poruszać się prosto przez atomy. Geiger zaprojektował urządzenie, które służyło do wystrzeliwania strumieni cząstek alfa przez złotą folię i na ekran, gdzie były one obserwowane jako scyntylacje lub małe błyski światła.

ręczne liczenie tysięcy scyntylacji wytwarzanych na minutę było żmudnym zadaniem. Geiger był podobno czymś w rodzaju pracoholika, który poświęcił długie godziny na nagrywanie błysków światła. David Wilson zauważył w Rutherford: Prosty geniusz, który w liście z 1908 do swojego przyjaciela Henry ’ ego A. Bumsteada, Rutherford zauważył: „Geiger jest dobrym człowiekiem i pracuje jak niewolnik… jest demonem w pracy i może liczyć w odstępach przez całą noc bez zakłócania jego spokoju. Po dwóch minutach wycofałem się z konfliktu.”Geiger został zakwestionowany przez przypadkowość ich metodologii, aby wynaleźć bardziej precyzyjną technikę. Jego rozwiązaniem była prymitywna wersja „licznika Geigera”, maszyny, z którą najczęściej kojarzona jest jego nazwa. Prototyp ten był zasadniczo bardzo czułym urządzeniem elektrycznym zaprojektowanym do liczenia emisji cząstek alfa.

proste, ale genialne urządzenie pomiarowe Geigera pozwoliło mu i Rutherfordowi dostrzec, że cząstki alfa są w rzeczywistości podwójnie naładowanymi cząstkami jądrowymi, identycznymi z jądrem atomów helu poruszających się z dużą prędkością. Para ta ustanowiła również podstawową jednostkę ładunku elektrycznego, gdy jest zaangażowana w aktywność elektryczną, która jest równoważna tej przenoszonej przez pojedynczy atom wodoru. Wyniki te zostały opublikowane w dwóch wspólnych pracach w 1908 roku zatytułowanych „an Electrical Method of Counting the Number of Alpha Particles „oraz” The Charge and Nature of the Alpha Particle.”

bombardując złoto cząstkami alfa Geiger i Rutherford zauważyli, że większość cząstek przeszła prosto. Jednak nieoczekiwanie odkryli, że kilka cząstek zostało odchylonych lub rozproszonych w kontakcie z atomami złota, co wskazuje, że miały kontakt z bardzo silnym polem elektrycznym. Opis zdarzenia Rutherforda nagrany przez Wilsona ujawnił jego znaczenie: „to było tak, jakbyś wystrzelił piętnastocalową kulę w kawałek bibułki i odbił się i uderzył cię.”Obserwacje te zostały wspólnie opublikowane przez Geigera I Marsdena w artykule zatytułowanym” on a Diffuse Reflection of the Alpha-Particles ” dla Proceedings of the Royal Society w czerwcu 1909.

trzydzieści lat później Geiger wspominał: „na początku nie mogliśmy tego w ogóle zrozumieć” – zauważył Wilson. Geiger kontynuował badania nad efektem rozpraszania, publikując w tym samym roku dwie kolejne prace na ten temat. Pierwsza, z Rutherfordem, nosiła tytuł ” the Probability Variations in the Distribution of Alpha-Particles.”Drugi, nawiązując do jego pracy z Marsdenem, zajmował się” rozpraszaniem cząstek alfa przez materię.”Praca Geigera z Rutherfordem i Marsdenem w końcu zainspirowała Rutherforda w 1910 roku do wniosku, że atomy zawierały dodatnio naładowane jądro lub jądro, które odpychały cząstki alfa. Wilson zauważył wspomnienie Geigera, że ” pewnego dnia Rutherford, oczywiście w najlepszym nastroju, przyszedł do mnie i powiedział mi, że teraz wie, jak wygląda atom i jak wyjaśnić duże odchylenia cząstek alfa. Tego samego dnia rozpocząłem eksperyment badający oczekiwaną przez Rutherforda relację między liczbą rozproszonych cząstek a kątem rozproszenia.”

wyniki Geigera były wystarczająco dokładne, aby przekonać Rutherforda, aby ujawnił swoje odkrycie w 1910 roku. Mimo to Geiger i Marsden kontynuowali swoje eksperymenty, aby przetestować teorię przez kolejny rok, kończąc je w czerwcu 1912 roku. Ich wyniki zostały opublikowane w języku niemieckim w Wiedniu w 1912 roku, a w języku angielskim w czasopiśmie filozoficznym w kwietniu 1913 roku. Wilson zauważył, że dr T. J. Trenn, współczesny fizykolog, scharakteryzował prace Geigera I Marsdena z tego okresu: „to nie dowody rozproszenia Geigera-Marsdena jako takie dostarczyły ogromnego wsparcia dla modelu atomu Rutherforda. Była to raczej konstelacja dowodów dostępnych stopniowo od wiosny 1913 r., a to z kolei, w połączeniu z rosnącym przekonaniem, zwiększało znaczenie lub wartość zewnętrzną przypisywaną rezultatom Geigera-Marsdena ponad to, co z natury posiadali w lipcu 1912 r.”

w 1912 roku Geiger nadał swoją nazwę prawu Geigera-Nuttala, które mówi, że atomy radioaktywne o krótkim okresie półtrwania emitują cząstki alfa z dużą prędkością. Później ją zrewidował, a w 1928 nowa teoria George ’ a Gamowa i innych fizyków uczyniła ją zbędną. Również w 1912 roku Geiger powrócił do Niemiec, aby objąć stanowisko dyrektora nowego laboratorium radioaktywności w Physikalisch-Technische Reichsanstalt w Berlinie, gdzie wynalazł przyrząd do pomiaru nie tylko cząstek alfa, ale także promieni beta i innych rodzajów promieniowania.

badania Geigera zostały poszerzone w następnym roku wraz z przybyciem do laboratorium Jamesa Chadwicka i Waltera Bothe, dwóch wybitnych fizyków jądrowych. Z tym ostatnim Geiger stworzył to, co byłoby długim i owocnym Stowarzyszeniem zawodowym, badając różne aspekty cząstek radioaktywnych razem. Ich prace przerwał jednak wybuch I wojny światowej. W latach 1914-1918 Geiger walczył jako oficer artylerii przeciwko wielu swoim starym kolegom z Manchesteru, w tym Marsdenowi i H. G. J. Moseleyowi. Lata spędzone w okopach na linii frontu pozostawiły Geigera z bolesnym reumatyzmem. Po zakończeniu wojny Geiger powrócił na stanowisko w Reichsanstalt, gdzie kontynuował pracę z Bothe. W 1920 roku Geiger ożenił się z Elisabeth Heffter, z którą miał trzech synów.

Geiger przeniósł się z Reichsanstalt w 1925 roku, aby zostać profesorem fizyki na Uniwersytecie w Kilonii. Do jego obowiązków należało nauczanie studentów i kierowanie sporym zespołem badawczym. Znalazł też czas na opracowanie, wraz z Waltherem Muellerem, instrumentu, z którym jego nazwisko jest najczęściej kojarzone: licznika Geigera-Muellera, potocznie zwanego licznikiem Geigera. Elektrycznie wykrywając i licząc cząstki alfa, licznik może zlokalizować pędzącą cząstkę w odległości około jednego centymetra w przestrzeni i w ciągu stu milionowych sekund w czasie. Składa się z małego metalowego pojemnika z izolowanym elektrycznie przewodem w sercu, do którego przyłożony jest potencjał około 1000 woltów. W 1925 Geiger użył swojego licznika, aby potwierdzić efekt Comptona, czyli rozpraszanie promieni X, które rozstrzygnęło istnienie kwantów światła, czyli pakietów energii.

Geiger wyjechał z Kilonii na Uniwersytet w Tubingen w październiku 1929 roku, aby służyć jako profesor fizyki i dyrektor badań w jego Instytucie Fizyki. Zainstalowany w Instytucie Geiger niestrudzenie pracował nad zwiększeniem szybkości i czułości licznika Geigera. Dzięki jego wysiłkom udało mu się odkryć równoczesne wybuchy promieniowania zwane opadami promieniowania kosmicznego i skoncentrował się na ich badaniu do końca swojej kariery.

Geiger powrócił do Berlina w 1936 roku, kiedy otrzymał propozycję objęcia katedry fizyki w Technische Hochschule. Jego modernizacja licznika i prace nad promieniowaniem kosmicznym były kontynuowane. Był również zajęty kierowaniem zespołem fizyków jądrowych badającym Sztuczną radioaktywność i produkty uboczne rozszczepienia jądrowego (rozszczepienie jądra atomu). Również w 1936 roku Geiger objął redakcję czasopisma „Zeitschrift fur Physik”, które piastował aż do śmierci. To właśnie w tym czasie Geiger zrobił również rzadką wyprawę w politykę, spowodowaną dojściem do władzy w Niemczech narodowosocjalistycznej partii Adolfa Hitlera. Naziści starali się wykorzystać fizykę do swoich celów i zaangażować naukowców w pracę, która byłaby korzystna dla III Rzeszy. Geiger i wielu innych wybitnych fizyków było zbulwersowanych widmem politycznej ingerencji nazistów w ich pracę. Wraz z Wernerem Karlem Heisenbergiem i Maxem Wientem Geiger skomponował stanowisko reprezentujące poglądy większości fizyków, zarówno teoretycznych, eksperymentalnych, jak i technicznych. Ponieważ ci ludzie byli politycznie konserwatywni, ich decyzja o sprzeciwie Narodowym socjalistom została potraktowana poważnie, a siedemdziesięciu pięciu najwybitniejszych niemieckich fizyków umieściło swoje nazwiska w Memorandum Heisenberg-Wien-Geiger. Został przedstawiony Ministerstwu Edukacji Rzeszy pod koniec 1936 roku.

dokument ubolewał nad stanem fizyki w Niemczech, twierdząc, że jest zbyt mało obiecujących fizyków i że studenci unikają tematu z powodu ataków narodowych socjalistów na fizykę teoretyczną w gazetach. Fizyka teoretyczna i eksperymentalna szły w parze, kontynuowała, a ataki na którąś z gałęzi powinny się skończyć. Memorandum wydawało się położyć kres atakom na fizykę teoretyczną, przynajmniej w perspektywie krótkoterminowej. Ilustruje to również, jak poważnie Geiger i jego współpracownicy potraktowali zagrożenie dla swojej pracy ze strony nazistów.

Geiger kontynuował pracę w Technische Hochschule przez całą wojnę, chociaż w tej drugiej części był coraz bardziej nieobecny, przykuty do łóżka z reumatyzmem. W 1938 Geiger został odznaczony Medalem Hughesa od Królewskiej Akademii Nauk i Medalem Dudella od Londyńskiego Towarzystwa Fizyki. Dopiero w czerwcu 1945 roku zaczął wykazywać oznaki poprawy stanu zdrowia, kiedy jego dom w pobliżu Babelsberg został zajęty. Ciężko chory Geiger został zmuszony do ucieczki i schronienia się w Poczdamie, gdzie zmarł 24 września 1945 roku.Beyerchen, Alan D., Scientists under Hitler: Politics and the Physics Community in The Third Reich, Yale University Press, 1979.

Słownik biografii naukowej, tom 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 and Proportional Counters,” in Nucleonics, December, 1947, PP.69-75.

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

Krebs, A. T., „Hans Geiger: Pięćdziesiątą rocznicę publikacji pracy doktorskiej, 23 lipca 1906, ” w nauce, Tom 124, 1956, s. 166.

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

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.