Ван ден Брук, Антониус: биография

1 января 1913 года была опубликована, пожалуй, самая важная в творчестве ван ден Брука работа — статья «Радиоэлементы, периодическая система и строение атома» (нем. Die Radioelemente, das periodische System und die Konstitution der Atome). Она состоит из двух слабо связанных частей. В первой предлагалась очередная версия периодической системы, значительно приближенная к традиционной менделеевской. В некоторые клетки системы, названной автором «расширенной», включались по два или три элемента. Из радиоэлементов включались только альфа-излучатели: считалось, что поскольку бета-радиоактивность не изменяет массы атома, элемент остаётся тем же. В качестве «теоретических атомных весов» на этот раз использовались предложенные Теодором Вульфом (англ. Theodor Wulf) числа 4 n {\displaystyle 4n} и 4 n + 3 {\displaystyle 4n+3} , и было проведено их сравнение с экспериментальными данными. Несовпадение этих величин, по словам ван ден Брука, не следует принимать слишком всерьёз, поскольку, возможно, не масса, а внутриатомный заряд является ключевой характеристкой атомной структуры. Детальному исследованию роли заряда посвящена вторая часть статьи. Проанализировав данные экспериментов по бета-радиоактивности, анодным лучам (англ. Anode ray) и характеристическому рентгеновскому излучению (англ. Characteristic X-ray), свидетельствовавших о наличии в атомах нескольких групп электронов, ван ден Брук ввёл понятие порядкового номера (нем. Folgenummer) элемента в периодической системе и сформулировал следующую гипотезу: «Порядковый номер каждого элемента в ряду, расположенном по повышающимся атомным весам, равен половине атомного веса и равен внутриатомному заряду». Учёный связал эту гипотезу с известными из опытов сведениями и дал в принципе верную картину атомного строения: периоды таблицы Менделеева соответствуют формированию связанных групп электронов, заполняющих некоторые области внутри атомов. Хотя понятие порядкового номера вводилось ранее в не известных ван ден Бруку работах Джона Ньюлендса и Йоханнеса Ридберга, у голландского физика оно впервые получило физическое содержание — заряд ядра в резерфордовской модели атома. Несмотря на то, что предложенная гипотеза появилась в контексте «расширенной» системы элементов, она не противоречила и данным менделеевской системы, а потому привлекла внимание научного сообщества. Прежде всего, на неё обратил внимание Нильс Бор, который, вероятно, обсуждал её с Резерфордом и прямо сослался на результаты ван ден Брука в своей работе, посвящённой теории атомного строения и опубликованной в сентябре 1913 года.

Что касается «расширенной» системы элементов, то после появления в начале 1913 года правил радиоактивных смещений, сформулированных Казимиром Фаянсом и Фредериком Содди, её следовало признать неверной. К осени ван ден Брук отказался от неё, вернулся к стандартной системе Менделеева и вместе с тем подверг сомнению экспериментальное соотношение Z ≈ A / 2 {\displaystyle Z\approx A/2} , отделив его от своей гипотезы. В статье «Внутриатомный заряд» (англ. Intra-atomic charge), опубликованной в журнале Nature 27 ноября 1913 года, эта гипотеза получила следующую формулировку: «Если все элементы расположить в порядке возрастания атомных весов, номер каждого элемента в таком ряду должен быть равен его внутриатомному заряду». Подтверждение своей точки зрения он нашёл в данных опытов Ганса Гейгера и Эрнеста Марсдена по рассеянию альфа-частиц на атомах различных элементов. Отказ от соотношения Z ≈ A / 2 {\displaystyle Z\approx A/2} не только позволял более точно определить внутриатомный заряд, но также требовал пересмотра представлений о строении атомного ядра: если, как тогда считалось, оно состоит из набора альфа-частиц, то для компенсации лишнего положительного заряда приходилось предположить наличие внутри ядра некоторого количества электронов. Всё это находилось в согласии с гипотезой ван ден Брука, как он показал в своей работе «О ядерных электронах» (англ. On nuclear electrons, март 1914).