Hans Geiger

Hans Geiger (1882-1945) uppfann Geiger-räknaren.

Hans Geiger var en tysk kärnfysiker mest känd för sin uppfinning av Geiger-räknaren, en anordning som används för att räkna atompartiklar, och för sitt banbrytande arbete inom kärnfysik med Ernest Rutherford.

Johannes Wilhelm Geiger föddes i Neustadt ander-Haardt (nu Neustadt ander-Weinstrasse), Rheinland-Pfalz, Tyskland, den 30 September 1882. Hans far, Wilhelm Ludwig Geiger, var professor i filologi vid universitetet i Erlangen från 1891 till 1920. Den äldsta av fem barn, två pojkar och tre flickor, Geiger utbildades ursprungligen vid Erlangen Gymnasium, från vilken han tog examen 1901. Efter att ha avslutat sin obligatoriska militärtjänst studerade han fysik vid universitetet i Munich och vid universitetet i Erlangen där hans handledare var Professor Eilhard Wiedemann. Han fick doktorsexamen från den senare institutionen 1906 för sin avhandling om elektriska urladdningar genom gaser.

samma år flyttade Geiger till Manchester University i England för att gå med i sin uppskattade fysikavdelning. Först var han assistent till huvudet, Arthur Schuster, en expert på gasjonisering. När Schuster avgick 1907 fortsatte Geiger sin forskning med Schusters efterträdare, Ernest Rutherford, och den unga fysikern Ernest Marsden. Rutherford skulle ha ett djupt inflytande på unga Geiger, gnistor hans intresse för kärnfysik. Deras förhållande, som började som partner på några av Geigers viktigaste experiment, var livslångt och dokumenteras i en serie brev mellan dem.

förutom att övervaka forskarstudenterna som arbetar på labbet började Geiger en serie experiment med Rutherford om radioaktiva utsläpp, baserat på Rutherfords upptäckt av utsläpp av alfapartiklar från radioaktiva ämnen. Tillsammans började de undersöka dessa alfapartiklar och upptäckte bland annat att två alfapartiklar tycktes släppas när uran sönderdelades. Eftersom alfapartiklar kan tränga igenom tunna väggar av fasta ämnen antog Rutherford och Geiger att de kunde röra sig rakt igenom atomer. Geiger designade apparaten som de brukade skjuta strömmar av alfapartiklar genom guldfolie och på en skärm där de observerades som scintillationer eller små ljusblixtar.

att manuellt räkna de tusentals scintillationer som producerades per minut var en mödosam uppgift. Geiger var enligt uppgift något av en arbetsnarkoman, som satte i långa timmar inspelning av ljusblixtar. David Wilson noterade i Rutherford: Enkelt geni att Rutherford i ett brev från 1908 till sin vän Henry A. Bumstead påpekade: ”Geiger är en goodman och arbetar som en slav… är en demon på arbetet och kan räkna med intervaller under en hel natt utan att störa hans jämlikhet. Jag fördömde kraftigt efter två minuter och drog mig tillbaka från konflikten.”Geiger utmanades av slumpen i deras metodik för att uppfinna en mer exakt teknik. Hans lösning var en primitiv version av” Geiger-räknaren”, den maskin som hans namn oftast förknippas med. Denna prototyp var i huvudsak en mycket känslig elektrisk anordning utformad för att räkna alfapartikelutsläpp.

Geigers enkla men geniala mätanordning gjorde det möjligt för honom och Rutherford att urskilja att alfapartiklar faktiskt är dubbelt laddade kärnpartiklar, identiska med kärnan i heliumatomer som färdas med hög hastighet. Paret etablerade också grundenheten för elektrisk laddning när den är involverad i elektrisk aktivitet, vilket motsvarar den som bärs av en enda väteatom. Dessa resultat publicerades i två gemensamma artiklar 1908 med titeln” En elektrisk metod för att räkna antalet alfapartiklar ”och” Alfapartikelns laddning och natur.”

vid bombardering av guldet med alfapartiklarna observerade Geiger och Rutherford att majoriteten av partiklarna gick rakt igenom. De fann emellertid oväntat att några av partiklarna avböjdes eller spriddes vid kontakt med atomerna i guldet, vilket indikerar att de hade kommit i kontakt med ett mycket kraftfullt elektriskt fält. Rutherfords beskrivning av händelsen som spelats in av Wilson avslöjade dess betydelse: ”det var som om du hade avfyrat ett femton tums skal mot en bit mjukpapper och det hade studsat tillbaka och slagit dig.”Dessa observationer publicerades gemensamt av Geiger och Marsden i en artikel med titeln ”på en diffus reflektion av alfapartiklarna” för Proceedings of the Royal Society i juni 1909.

trettio år senare minns Geiger, ”först kunde vi inte förstå detta alls”, noterade Wilson. Geiger fortsatte att studera spridningseffekten och publicerade ytterligare två artiklar om det det året. Den första, med Rutherford, hade titeln ” Sannolikhetsvariationerna i fördelningen av alfapartiklar.”Den andra, med hänvisning till hans arbete med Marsden, behandlade ”spridningen av alfapartiklar av materia.”Geigers arbete med Rutherford och Marsden inspirerade slutligen Rutherford 1910 för att dra slutsatsen att atomerna innehöll en positivt laddad kärna eller kärna som avstod från alfapartiklarna. Wilson noterade Geigers minne att ” en dag kom Rutherford, uppenbarligen i bästa andar, in i mig och berättade för mig att han nu visste hur atomen såg ut och hur man förklarar de stora avböjningarna av alfapartiklarna. Samma dag började jag ett experiment för att testa förhållandet som Rutherford förväntade sig mellan antalet spridda partiklar och Spridningsvinkeln.”

Geigers resultat var tillräckligt noggranna för att övertyga Rutherford att gå offentligt med sin upptäckt 1910. Ändå fortsatte Geiger och Marsden sina experiment för att testa teorin i ytterligare ett år och slutförde dem i juni 1912. Deras resultat publicerades på tyska i Wien 1912 och på engelska i den filosofiska tidningen i April 1913. Wilson noterade att Dr. tj Trenn, en modern fysikforskare, kännetecknade Geigers och Marsdens arbete under denna period: ”det var inte Geiger-Marsden-spridningsbeviset som sådant som gav massivt stöd för Rutherfords modell av atomen. Det var snarare den konstellation av bevis som var tillgänglig gradvis från våren 1913 och detta i sin tur, i kombination med en växande övertygelse, tenderade att öka betydelsen eller det yttre värdet som tilldelades Geiger-Marsden-resultaten utöver det som de i sig hade i juli 1912.”

1912 gav Geiger sitt namn till Geiger-Nuttal-lagen, som säger att radioaktiva atomer med korta halveringstider avger alfapartiklar med hög hastighet. Han reviderade den senare, och 1928 gjorde en ny teori av George Gamow och andra fysiker den överflödig. Även 1912 återvände Geiger till Tyskland för att tillträda en tjänst som chef för det nya laboratoriet för radioaktivitet vid Physikalisch-Technische Reichsanstalt i Berlin, där han uppfann ett instrument för att mäta inte bara alfapartiklar utan betastrålar och andra typer av strålning också.

Geigers forskning breddades året därpå med ankomsten till laboratoriet av James Chadwick och Walter Bothe, två framstående kärnfysiker. Med den senare bildade Geiger vad som skulle vara en lång och fruktbar yrkesorganisation som undersökte olika aspekter av radioaktiva partiklar tillsammans. Men deras arbete avbröts av första världskrigets utbrott. Anlitad med de tyska trupperna kämpade Geiger som artilleriofficer mittemot många av hans gamla kollegor från Manchester inklusive Marsden och H. G. J. Moseley från 1914 till 1918. Åren som spenderades i grävningar på frontlinjerna lämnade Geiger med smärtsam reumatism. Med kriget över återupptog Geiger sin tjänst vid Reichsanstalt, där han fortsatte sitt arbete med Bothe. 1920 gifte sig Geiger med Elisabeth Heffter, med vilken han hade tre söner.

Geiger flyttade från Reichsanstalt 1925 för att bli professor i fysik vid universitetet i Kiel. Hans ansvar inkluderade att undervisa studenter och vägleda ett stort forskargrupp. Han fann också tid att utveckla, med Walther Mueller, det instrument som hans namn oftast förknippas med: Geiger-Mueller-räknaren, vanligtvis kallad Geiger-räknaren. Elektriskt detekterar och räknar alfapartiklar, räknaren kan lokalisera en hastighetspartikel inom cirka en centimeter i rymden och inom hundra miljoner sekund i tiden. Den består av en liten metallbehållare med en elektriskt isolerad tråd i hjärtat till vilken en potential på cirka 1000 volt appliceras. 1925 använde Geiger sin räknare för att bekräfta Compton-effekten, det vill säga spridningen av röntgenstrålar, som avgjorde förekomsten av ljuskvantitet eller energipaket.

Geiger lämnade Kiel för universitetet i Tubingen i oktober 1929 för att fungera som professor i fysik och forskningschef vid dess fysikinstitut. Installerad på Institutet arbetade Geiger outtröttligt för att öka Geiger-räknarens hastighet och känslighet. Som ett resultat av hans ansträngningar kunde han upptäcka samtidiga strålningsutbrott som kallades kosmiska strålduschar och koncentrerade sig på deras studier under resten av sin karriär.

Geiger återvände till Berlin 1936 efter att ha erbjudits ordförande för fysik vid Technische Hochschule. Hans uppgradering av räknaren och hans arbete med kosmiska strålar fortsatte. Han var också upptagen med att leda ett team av kärnfysiker som undersökte artificiell radioaktivitet och biprodukterna av kärnklyvning (splittringen av atomkärnan). Även 1936 tog Geiger över redaktionen för tidskriften Zeitschrift fur Physik, ett inlägg som han behöll fram till sin död. Det var vid den här tiden att Geiger också gjorde en sällsynt utflykt till politiken, som föranleddes av Adolf Hitlers Nationalsocialistiska parti i Tyskland. Nazisterna försökte utnyttja fysiken till sina ändar och engagera landets forskare i arbete som skulle gynna det Tredje riket. Geiger och många andra framstående fysiker blev förskräckta av spöket av politisk inblandning i deras arbete av nazisterna. Tillsammans med Werner Karl Heisenberg och Max Wien komponerade Geiger ett positionsdokument som representerar de flesta fysikers åsikter, oavsett om de är teoretiska, experimentella eller tekniska. Eftersom dessa män var politiskt konservativa togs deras beslut att motsätta sig nationalsocialisterna på allvar och sjuttiofem av Tysklands mest anmärkningsvärda fysiker satte sina namn på Heisenberg-Wien-Geiger-memorandumet. Det presenterades för Reich Education Ministry i slutet av 1936.

dokumentet beklagade fysikens tillstånd i Tyskland och hävdade att det fanns för få kommande fysiker och att eleverna skakade bort från ämnet på grund av attacker mot teoretisk fysik i tidningarna av nationalsocialister. Teoretisk och experimentell fysik gick hand i hand, det fortsatte, och attacker på någon gren bör upphöra. Memorandumet tycktes stoppa attacker mot teoretisk fysik, åtminstone på kort sikt. Det illustrerade också hur allvarligt Geiger och hans medarbetare tog hotet mot sitt arbete från nazisterna.

Geiger fortsatte att arbeta vid Technische Hochschule genom kriget, även om han mot den senare delen var alltmer frånvarande, begränsad till sängen med reumatism. 1938 tilldelades Geiger Hughes-medaljen från Royal Academy of Science och Dudell-medaljen från London Physics Society. Han hade bara börjat visa tecken på förbättring av sin hälsa när hans hem nära Babelsberg ockuperades i juni 1945. Geiger LED dåligt och tvingades fly och söka tillflykt i Potsdam, där han dog den 24 September 1945.

Vidare läsning

Beyerchen, Alan D., forskare under Hitler: politik och Fysikgemenskapen i Tredje riket, Yale University Press, 1979.

ordbok för vetenskaplig biografi, Volym 5, Scribner, 1972, s.330-333.

Williams, Trevor I., en biografisk ordbok för forskare, John Wiley & söner, 1982, s. 211.

Wilson, David, Rutherford: enkelt geni, MIT Press, 1983.

”Geiger och proportionella räknare”, i Nukleonik, December, 1947, s.69-75.

”Hughes-medalj tilldelad Professor Hans Geiger,” i naturen, volym 124, 1929, s. 893.

Krebs, A. T., ” Hans Geiger: Femtioårsdagen av publiceringen av hans doktorsavhandling, 23 juli 1906,” i vetenskap, volym 124, 1956, s. 166.

”minnen av Rutherford i Manchester,” i naturen, volym 141, 1938, s. 244. □

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.