Polykarp Kusch
| Polykarp Kusch | |
 | |
| Rođenje | 26. siječnja1911. Blankenburg (Harz),Saska-Anhalt,Njemačka |
|---|---|
| Smrt | 20. ožujka1993. Dallas, Teksas,SAD |
| Državljanstvo | Nijemac,amerikanac |
| Institucija | Sveučilište Columbia uNew Yorku Sveučilište Texas uDallasu |
| Alma mater | Sveučilištu uIllinoisu |
| Poznat po | Preciznomjerenjemagnetskog momentaelektrona |
| Istaknute nagrade | Nobelova nagrada za fiziku(1955.) |
| Portal o životopisima | |
Polykarp Kusch(Blankenburg (Harz),Saska-Anhalt,Njemačka,26. siječnja 1911. –Dallas, Teksas,SAD,20. ožujka 1993.), američkifizičarnjemačkog podrijetla.Diplomirao(1933.) idoktorirao(1936.) na SveučilištuIllinois.Bio jeprofesorna Sveučilištu Columbia uNew Yorku(od 1949. do 1972.) i Sveučilištu Texas uDallasu(od 1972. do 1982.). Izveo mnogobrojna preciznamjerenjasvojstavaatoma,molekulaiatomskih jezgarametodomradiofrekventnihsnopova. Pokazao (1947.) da se vrijednostmagnetskog momentaelektronane poklapa s teorijski izračunatom vrijednostiBohrovamagnetona;prema njegovim mjerenjima (1952.) magnetski moment elektrona veći je za 1/1000. Za precizno određivanje magnetskoga momenta elektrona dobio je sW. E. LambomNobelovu nagradu za fiziku(1955.).[1]
Podrobniji članak o temi:Magnetski momentMagnetski momentilimagnetski dipolni moment(znakmiliμ) jevektorskafizikalna veličinakojom se opisuju svojstvastalnih (permanentnih) magnetaielektričnih zavojnicakroz koje tečeelektrična struja;umnožak jejakosti električne strujeiploštinepetlje. Smjer je vektora magnetskoga momenta od sjevernoga prema južnom magnetskom polu, odnosno okomit je na površinu petlje kroz koju teče električna struja. Mjerna je jedinicaamperputakvadratni metar(A ∙ m2). Magnetski momenti čestica uatomskojinuklearnoj fiziciiskazuju se s pomoćuBohrovai nuklearnoga magnetona.
Podrobniji članak o temi:ElektronPrvi jeTalesiz Mileta (600 pr. Kr.) pisao dajantar(grč.ἤλεϰτρον,ḗlektron), kada setare,privlači sitne česticetvari,aW. Gilbertotkrio je da i druge tvari, a ne samo jantar, imajuelektričnosvojstvo. Pojavu električnoga odbijanja prvi je 1672. opazioOtto von Guericke,a 1663. konstruirao je prvi elektrostatički stroj natrenje.Razliku međuvodičimaiizolatorimaotkrio jeStephen Gray.Francuski kemičarC. F. C. du Fayutvrdio je 1734. različitost električnog naboja nastalog trljanjemstaklaod naboja nastalog trljanjemsmole,aG. Ch. Lichtenbergnazvao je pozitivnim električni naboj nastao trljanjem stakla. Oko 1747.B. Franklinkonstatirao je da se pri trenju stvaraju uvijek jednake količine pozitivnog i negativnog električnog naboja. Istraživanjemsilakoje djeluju među električnim nabojima bavili su seH. CavendishiJ. Priestley,a zakon o ovisnosti privlačne ili odbojne sile o nabojima i udaljenosti među nabojima, a osnovi pokusa formulirao,Ch. A. de Coulomb,pa se po njemumjerna jedinicaelektričnog naboja nazivakulon(C). Prema Coulombovu zakonu sila F koja djeluje između dvaju točkastih električnih nabojaq1iq2razmjerna je produktu obaju naboja, a obrnuto razmjerna kvadratu njihova razmakar:
gdje je:ε0-dielektrična permitivnost vakuuma.Sila je najjača uvakuumu,a slabija u svim drugim sredstvima:[2]
gdje je:εr-relativna dielektrična permitivnostnekog sredstva ili tvari,ε-dielektrična permitivnost(ili samopermitivnosti) tvari.
SilaFjevektor,pa je i jakost električnog poljaEvektorska veličina, a kao smjer električnoga polja uzima se onaj smjer u kojem djeluju sile na pozitivni naboj. Električno polje može se opisati iskalarnimveličinama,potencijalimaV.Električni naboji mogu pod utjecajem električnih sila obavljatimehanički rad,a to znači da u svakoj točki polja električni nabojqima izvjesnupotencijalnu energiju(električni potencijal) s obzirom na neku referentnu točku u polju kojoj se pripisuje potencijalφ= 0. To je obično vrlo udaljena točka u polju iliZemlja.Sve točke u polju koje imaju isti potencijal leže na ekvipotencijalnim plohama.
Za električni nabojqelektrični potencijalVneke točke na udaljenostiriznosi:
Budući da je razlika potencijala među dvjema točkama u elektrostatičkom polju jednaka električnom naponu među tim točkama, to će u elektrostatici, gdje naboji miruju, sve točke nekog vodiča biti na istom električnom potencijalu, jer bi inače zbognaponadošlo do gibanja naboja. Iz odnosaUab= Va– Vbproizlazi da se električni potencijal i električni napon mjere istom mjernom jedinicomvolt(V), a jakost električnog polja mjeri se u voltima pometru(V/m).
Elektron je prva otkrivenasubatomska čestica.Kako bi objasniliFaradayevzakonelektrolizei atomsku strukturu materije, George Johnstone Stoney iH. von Helmholtzpretpostavili su (1881.) da seelektricitetpojavljuje samo u višekratnicima osnovnog iznosa. Godine 1891. Johnstone Stoney je predložio nazivelektronza osnovni iznos električnoga naboja. Poslije se taj naziv počeo primjenjivati za čestice ukatodnom zračenju,to jest za čestice atomskog omotača. Katodno zračenje čine snopovi izkatodeizbačenih atomskih elektrona ukatodnoj cijevi.Otkrio ga jeJulius Plücker1858., ali je konačna spoznaja da su to snopovi nabijenih čestica uslijedila tek potkraj 19. stoljeća. Otklanjanje katodnog zračenja u magnetskom polju (W. Crookes,J. B. Perrin) dalo je naznake da ga čine negativno nabijene čestice. Godine 1896.H. A. Lorentzje objašnjavao cijepanjespektralnih linijaumagnetskom polju(Zeemanov učinak) pretpostavkom o elektronu kao sastavnom dijelu atoma. PokusiJ. J. Thomsonapokazali su da je specifični električni naboj (e/m) čestica u katodnom zračenju neovisan o materijalu katode i o načinu na koji su čestice izbačene; i da je masa elektrona oko 1/1840 dio masevodikovaatoma. Thomsonovi radovi i zaključak da je elektron sastavna čestica svih atoma smatraju se otkrićem elektrona (1897.). Točan iznoselementarnoga električnog nabojaelektrona izmjerio jeR. A. Millikan(1909.).J. C. Maxwellu svojoj je teorijielektromagnetizmaotkrio da jeelektromagnetsko poljetromo. Na osnovi te teorije Lorentz je 1895. elektron zamislio kao kuglicu u kojoj je električni naboj, a okružena je električnim poljem ukupne energijeE.Na osnovi Einsteinove relacijeE = mc²,pretpostavivši dakle da je tromost (masa) elektrona posljedicatromostinjegova električnog polja, Lorentz je izračunao (takozvaniklasični) polumjer elektronar = e²/mec²= 2,82 · 10–15 m.E. Rutherfordje otkrioatomsku jezgru(1911.),N. Bohr(1913.) je postavljanjemkvantnihuvjeta za gibanje elektrona objasnio stabilnost i jednakost atoma i optičke spektre.
Kvantna mehanika(L. de Broglie1924.,W. K. Heisenberg,E. Schrödinger1925.) pronalazi novo svojstvo elektrona:valnogibanje, koje potvrđujedifrakcijaelektrona nakristalnoj rešetki.Elektron se ponaša kao val (dualizam), kojemu je valna duljina određena de Broglieovom relacijomλ = h/mevi kao malizvrksaspinomh/4πi magnetskim momentomeh/4πmec(G. E. Uhlenbeck1925.) te da se u višeatomskim sustavima elektroni raspoređuju u dozvoljena kvantna stanja samo po jedan u pojedino stanje (Paulijevo načelo).
Relativistička kvantna mehanika (P. Dirac,1928.) donosi Diracovo otkriće simetrije s obzirom na izmjenu električnoga naboja čestice. Dirac pretpostavlja postojanjepozitrona(pozitivno nabijenog elektrona, to jest antielektrona).Carl David Andersonje otkrio 1932. pozitrone ukozmičkom zračenju.Primjenjujući kvantne zakone na elektromagnetsko polje,W. Paulipostavio je (1928.)Paulijevo načelo,tvrdnju da se svaki elektron u atomu nalazi u drugome kvantnom stanju. Mjerenje pomaka dvaju stanja u vodiku, takozvanog Lambova pomaka (W. E. Lamb 1947.), i precizno mjerenje magnetskoga momenta elektrona (P. Kusch i Henry Foley 1947.) utvrdili su malo (0,12%) odstupanje od Diracove teorije. Moderna mjerenjamagnetizmaelektrona najpreciznija su mjerenja uopće.
Nobelova nagrada za fizikuza godinu 1989. dodijeljena je.G. Dehmeltuza mjerenje magnetizma elektrona s točnošću od dvanaest znamenki.Kvantna elektrodinamikaobjasnila je na primjer proizvodnju parova elektron-pozitron s pomoćufotonavećeenergijeiComptonov učinak.[3]