Hans Geiger

Hans Geiger (1882-1945) a inventat contorul Geiger.

Hans Geiger a fost un fizician german cel mai bine cunoscut pentru inventarea contorului Geiger, un dispozitiv folosit pentru numărarea particulelor atomice și pentru munca sa de pionierat în fizica nucleară cu Ernest Rutherford.

Johannes Wilhelm Geiger s-a născut în Neustadt ander-Haardt (acum Neustadt ander-Weinstrasse), Renania-Palatinat, Germania, la 30 septembrie 1882. Tatăl său, Wilhelm Ludwig Geiger, a fost profesor de filologie la Universitatea din Erlangen din 1891 până în 1920. Cel mai mare dintre cei cinci copii, doi băieți și trei fete, Geiger a fost educat inițial la Gimnaziul Erlangen, din care a absolvit în 1901. După terminarea serviciului militar obligatoriu, a studiat fizica la Universitatea din Munchen și la Universitatea din Erlangen, unde tutorele său a fost profesorul Eilhard Wiedemann. A primit un doctorat de la această din urmă instituție în 1906 pentru teza sa despre descărcările electrice prin gaze.

în același an, Geiger s-a mutat la Universitatea Manchester din Anglia pentru a se alătura stimatului său departament de fizică. La început a fost asistent al șefului său, Arthur Schuster, expert în ionizarea gazelor. Când Schuster a plecat în 1907, Geiger și-a continuat cercetările cu succesorul lui Schuster, Ernest Rutherford, și tânărul fizician Ernest Marsden. Rutherford avea să aibă o influență profundă asupra tânărului Geiger, stârnind interesul său pentru fizica nucleară. Relația lor, care a început ca parteneri la unele dintre cele mai importante experimente ale lui Geiger, a fost pe tot parcursul vieții și este documentată într-o serie de scrisori între ei.

în plus față de supravegherea studenților de cercetare care lucrează la laborator, Geiger a început o serie de experimente cu Rutherford privind emisiile radioactive, pe baza detectării de către Rutherford a emisiei de particule alfa din substanțe radioactive. Împreună au început să cerceteze aceste particule alfa, descoperind, printre altele, că două particule alfa păreau a fi eliberate atunci când uraniul s-a dezintegrat. Deoarece particulele alfa pot pătrunde prin pereții subțiri ai solidelor, Rutherford și Geiger au presupus că se pot deplasa direct prin atomi. Geiger a proiectat aparatele pe care le foloseau pentru a trage fluxuri de particule alfa prin folie de aur și pe un ecran unde erau observate ca scintilații sau mici sclipiri de lumină.

numărarea manuală a miilor de scintilații produse pe minut a fost o sarcină laborioasă. Geiger a fost Reputat ca un dependent de muncă, care a pus ore lungi de înregistrare a luminilor. David Wilson a remarcat în Rutherford: Simplu geniu că într-o scrisoare din 1908 către prietenul său Henry A. Bumstead, Rutherford a remarcat: „Geiger este un om bun și lucrează ca un sclav… este un demon la muncă și ar putea conta la intervale pentru o noapte întreagă fără a-i deranja calmul. Am blestemat viguros după două minute și m-am retras din conflict.”Geiger a fost provocat de întâmplarea metodologiei lor de a inventa o tehnică mai precisă. Soluția sa a fost o versiune primitivă a” contorului Geiger”, mașina cu care numele său este cel mai adesea asociat. Acest prototip a fost în esență un dispozitiv electric extrem de sensibil conceput pentru a număra emisiile de particule alfa.

dispozitivul de măsurare simplu, dar ingenios al lui Geiger i-a permis lui și lui Rutherford să discearnă că particulele alfa sunt, de fapt, particule nucleare încărcate dublu, identice cu nucleul atomilor de heliu care călătoresc cu viteză mare. Perechea a stabilit, de asemenea, unitatea de bază a sarcinii electrice atunci când este implicată în activitatea electrică, care este echivalentă cu cea purtată de un singur atom de hidrogen. Aceste rezultate au fost publicate în două lucrări comune în 1908 intitulate „O metodă electrică de numărare a numărului de particule alfa” și „sarcina și natura particulei Alfa.”

în bombardarea aurului cu particulele alfa, Geiger și Rutherford au observat că majoritatea particulelor au trecut direct. Cu toate acestea, au descoperit în mod neașteptat că câteva dintre particule au fost deviate sau împrăștiate la contactul cu atomii din aur, indicând faptul că au intrat în contact cu un câmp electric foarte puternic. Descrierea lui Rutherford a evenimentului, înregistrată de Wilson, i-a dezvăluit importanța: „era ca și cum ai fi tras o coajă de cincisprezece inci asupra unei bucăți de hârtie absorbantă și aceasta a revenit și te-a lovit. Aceste observații au fost publicate în comun de Geiger și Marsden într-un articol intitulat „Despre o reflectare difuză a particulelor alfa” pentru Proceedings of the Royal Society în iunie 1909.

treizeci de ani mai târziu, Geiger și-a amintit: „la început nu am putut înțelege deloc acest lucru”, a remarcat Wilson. Geiger a continuat să studieze efectul de împrăștiere, publicând încă două lucrări despre el în acel an. Primul, cu Rutherford, a fost intitulat „variațiile de probabilitate în distribuția particulelor alfa.”Al doilea, referindu-se la lucrarea sa cu Marsden, sa ocupat de „împrăștierea particulelor alfa prin materie.”Munca lui Geiger cu Rutherford și Marsden l-a inspirat în cele din urmă pe Rutherford în 1910 să concluzioneze că atomii conțineau un nucleu încărcat pozitiv sau nucleu care respingea particulele alfa. Wilson a remarcat amintirea lui Geiger că ” într-o zi Rutherford, evident în cele mai bune spirite, a venit în mine și mi-a spus că acum știa cum arăta atomul și cum să explice deformările mari ale particulelor alfa. În aceeași zi, am început un experiment pentru a testa relația așteptată de Rutherford între numărul de particule împrăștiate și unghiul de împrăștiere.”

rezultatele lui Geiger au fost suficient de precise pentru a-l convinge pe Rutherford să facă publică descoperirea sa în 1910. Cu toate acestea, Geiger și Marsden și-au continuat experimentele pentru a testa teoria încă un an, finalizându-le în iunie 1912. Rezultatele lor au fost publicate în Germană la Viena în 1912 și în engleză în revista Philosophical în aprilie 1913. Wilson a remarcat că Dr.T. J. Trenn, un savant al fizicii moderne, a caracterizat lucrările lui Geiger și Marsden din această perioadă: „nu dovezile de împrăștiere Geiger-Marsden, ca atare, au oferit un sprijin masiv pentru modelul atomului lui Rutherford. A fost, mai degrabă, constelația de dovezi disponibile treptat din primăvara anului 1913 și acest lucru, la rândul său, împreună cu o convingere crescândă, au avut tendința de a crește semnificația sau valoarea extrinsecă atribuită rezultatelor Geiger-Marsden dincolo de ceea ce dețineau intrinsec în iulie 1912.”

în 1912 Geiger și-a dat numele legii Geiger-Nuttal, care afirmă că atomii radioactivi cu timp de înjumătățire scurt emit particule alfa la viteză mare. Ulterior a revizuit-o, iar în 1928, o nouă teorie a lui George Gamow și a altor fizicieni a făcut-o redundantă. Tot în 1912 Geiger s-a întors în Germania pentru a ocupa un post de director al noului laborator de radioactivitate la Physikalisch-Technische Reichsanstalt din Berlin, unde a inventat un instrument pentru măsurarea nu numai a particulelor alfa, ci și a razelor beta și a altor tipuri de radiații.

cercetările lui Geiger au fost extinse în anul următor, odată cu sosirea la laborator a lui James Chadwick și Walter Bothe, doi fizicieni nucleari distinși. Cu acesta din urmă, Geiger a format ceea ce ar fi o asociație profesională lungă și fructuoasă, investigând împreună diferite aspecte ale particulelor radioactive. Cu toate acestea, munca lor a fost întreruptă de izbucnirea Primului Război Mondial. Înrolat cu trupele germane, Geiger a luptat ca ofițer de artilerie alături de mulți dintre vechii săi colegi din Manchester, inclusiv Marsden și H. G. J. Moseley din 1914 până în 1918. Anii petrecuți ghemuit în tranșee pe liniile din față l-au lăsat pe Geiger cu reumatism dureros. Odată cu încheierea războiului, Geiger și-a reluat postul la Reichsanstalt, unde și-a continuat activitatea cu Bothe. În 1920, Geiger s-a căsătorit cu Elisabeth Heffter, cu care a avut trei fii.

Geiger s-a mutat din Reichsanstalt în 1925 pentru a deveni profesor de fizică la Universitatea din Kiel. Responsabilitățile sale includeau predarea studenților și îndrumarea unei echipe de cercetare considerabile. De asemenea, a găsit timp să dezvolte, împreună cu Walther Mueller, instrumentul cu care numele său este cel mai adesea asociat: contorul Geiger-Mueller, denumit în mod obișnuit contorul Geiger. Detectând și numărând electric particulele alfa, contorul poate localiza o particulă de viteză în aproximativ un centimetru în spațiu și la o sută de milioane de secunde în timp. Se compune dintr-un recipient metalic mic, cu un fir izolat electric în inima sa, la care se aplică un potențial de aproximativ 1000 volți. În 1925, Geiger și-a folosit contorul pentru a confirma efectul Compton, adică împrăștierea razelor X, care a stabilit existența cuantică a luminii sau a pachetelor de energie.

Geiger a părăsit Kiel pentru Universitatea din Tubingen în octombrie 1929 pentru a servi ca profesor de fizică și director de cercetare la institutul său de fizică. Instalat la Institut, Geiger a lucrat neobosit pentru a crește viteza și sensibilitatea contorului Geiger. Ca urmare a eforturilor sale, a reușit să descopere explozii simultane de radiații numite dușuri cu raze cosmice și s-a concentrat asupra studiului lor pentru restul carierei sale.

Geiger s-a întors la Berlin în 1936 după ce i s-a oferit Catedra de fizică la Technische Hochschule. Modernizarea contorului și munca sa asupra razelor cosmice au continuat. El a fost, de asemenea, ocupat să conducă o echipă de fizicieni nucleari care cercetează radioactivitatea artificială și produsele secundare ale fisiunii nucleare (divizarea nucleului atomului). Tot în 1936 Geiger a preluat redacția revistei Zeitschrift fur Physik, post pe care l-a menținut până la moartea sa. În acest moment, Geiger a făcut, de asemenea, o excursie rară în politică, determinată de ascensiunea la putere în Germania a Partidului Național Socialist al lui Adolf Hitler. Naziștii au căutat să valorifice fizica până la capăt și să angajeze oamenii de știință ai țării în lucrări care ar aduce beneficii celui de-al treilea Reich. Geiger și mulți alți fizicieni proeminenți au fost îngroziți de spectrul interferenței politice în munca lor de către naziști. Împreună cu Werner Karl Heisenberg și Max Wien, Geiger a compus o lucrare de poziție reprezentând punctele de vedere ale majorității Fizicienilor, fie ei teoretici, experimentali sau tehnici. Deoarece acești oameni erau conservatori din punct de vedere politic, decizia lor de a se opune național-socialiștilor a fost luată în serios și șaptezeci și cinci dintre cei mai notabili fizicieni germani și-au pus numele în Memorandumul Heisenberg-Wien-Geiger. A fost prezentat Ministerului Educației Reich la sfârșitul anului 1936.

documentul deplângea starea fizicii din Germania, susținând că erau prea puțini fizicieni în devenire și că studenții se fereau de subiect din cauza atacurilor asupra fizicii teoretice din ziare ale național-socialiștilor. Fizica teoretică și experimentală a mers mână în mână, a continuat, iar atacurile asupra ambelor ramuri ar trebui să înceteze. Memorandumul părea să pună capăt atacurilor asupra fizicii teoretice, cel puțin pe termen scurt. De asemenea, a ilustrat cât de serios Geiger și asociații săi au luat amenințarea la adresa muncii lor de la naziști.

Geiger a continuat să lucreze la Technische Hochschule prin război, deși spre ultima parte a fost din ce în ce mai absent, limitat la pat cu reumatism. În 1938 Geiger a primit Medalia Hughes de la Academia Regală de științe și Medalia Dudell de la London Physics Society. Abia începuse să dea semne de îmbunătățire a sănătății sale când casa sa de lângă Babelsberg a fost ocupată în iunie 1945. Suferind rău, Geiger a fost forțat să fugă și să caute refugiu în Potsdam, unde a murit la 24 septembrie 1945.

lecturi suplimentare

Beyerchen, Alan D., Oamenii de știință sub Hitler: Politica și comunitatea fizică în Al Treilea Reich, Yale University Press, 1979.

Dicționar de biografie științifică, Volumul 5, Scribner, 1972, PP.330-333.

Williams, Trevor I., Un dicționar biografic al oamenilor de știință, John Wiley & fii, 1982, p. 211.

Wilson, David, Rutherford: geniu simplu, MIT Press, 1983.

„Geiger și contoare proporționale”, în Nucleonică, decembrie 1947, PP.69-75.

„Medalia Hughes acordată profesorului Hans Geiger”, în natură, volumul 124, 1929, p. 893.

Krebs, A. T., „Hans Geiger: A cincizecea aniversare a publicării tezei sale de doctorat, 23 iulie 1906,” în știință, volumul 124, 1956, p. 166.

„amintiri ale lui Rutherford în Manchester”, în natură, volumul 141, 1938, p. 244. □

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.