Η πυρηνική Φυσική είναι ο τομέας της Φυσικής που ασχολείται με την μελέτη των φαινομένων που σχετίζονται με τον πυρήνα του ατόμου, τα στοιχειώδη σωματίδια που τον αποτελούν καθώς και τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους. Σαν επιστημονικος κλάδος αναπτύχθηκε κυρίως τον 20 αιώνα. Από τη δεκαετία του 1930 κι έπειτα, έγινε ένας απο τους πιο δραστήριους κλάδους της σύγχρονης επιστήμης, καθώς διαπιστώθηκε η δυνατότητα εφαρμογής της στην παραγωγή ενέργειας στην κατασκευή όπλων μαζικής εξόντωσης και στην Ιατρική.
Πολλοί επιστήμονες κατέκτησαν το βραβείο Νόμπελ, λόγω της έρευνάς τους σχετικά με τον μυστηριώδη κόσμο των πυρήνων και των στοιχειωδών σωματιδίων. Μια ανασκόπηση όλων των βραβείων Νόμπελ που δόθηκαν για την έρευνα των πυρήνων, αντικατοπτρίζει την πορεία της ανθρωπότητας για την κατάκτηση της γνώσης, και την χρησιμοποίησή της για σκοπούς άλλοτε ανθρωπιστικούς και φωτεινούς και άλλοτε για σκοπούς σκοτεινούς και απάνθρωπους.
1903: Το βραβείο Νόμπελ δίνεται στον Antoine Henri Becquerel για την ανακάλυψη της φυσικής ραδιενέργειας. Όταν το 1896 έμαθε για την ανακάλυψη των ακτίνων-Χ απο τον Rontgen άρχισε να αναζητά υλικό που θα εξέπεμπε παρόμοια ακτινοβολία. Η έρευνά του πέρασε από διάφορα στάδια έως την τελική καταγραφή ραδιενέργειας απο καθαρό μέταλλο ουρανίου σε φωτογραφική πλάκα. Κατόπιν μελέτησε την επίδραση του μαγνητικού πεδίου επι της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας. Διαπίστωσε πως η ραδιενέργεια αποτελούνταν απο θετικά φορτισμένα σωματίδια (ακτίνες α) που εκτρέποταν ελάχιστα απο το πεδίο, απο αρνητικά σωματίδια (ηλεκτρόνια, ακτίνες β) που εκτρέποταν αρκετά απο το πεδίο, και απο ακτίνες που δεν επηρεάζοταν καθόλου από το πεδίο (φωτόνια, ακτίνες γ). Το 1901, δημοσίευσε την πρώτη μαρτυρία ραδιενεργού μετασχηματισμού ενός στοιχείου σε άλλο.
Antoine Henri Becquerel
Την ίδια χρονιά βραβεύτηκαν με το βραβείο Νόμπελ το ζεύγος Pierre & Marie Curie για έρευνα που σχετίζονταν με την ραδιενέργεια. Πιο συγκεκριμένα ανακάλυψαν ένα νέο ραδιενεργό στοιχείο το Ράδιο που έδωσε και το όνομά του στην ακτινοβολία..Ακολούθησε η ανακάλυψη της τεχνητής ραδιενέργειας που οφειλόταν στην επίδραση του ραδίου και του πολωνίου σε αδρανής ουσίες. Ο Pierre Curie διερεύνησε τις επιδράσεις της ακτινοβολίας σε ζώντες οργανισμούς και ήταν απο τους πρώτους που εξέφρασαν κάποιες φοβίες για πιθανή κατάχρηση των νέων ανακαλύψεων.
Marie Curie
Pierre Curie
Ο επόμενος σημαντικός σταθμός, στην ιστορία της πυρηνικής φυσικής που βραβεύτηκε με βραβείο Νόμπελ το 1935, ήταν η ανακάλυψη του νετρονίου απο τον Sir James Chadwick. O Βρετανός φυσικός ερμήνευσε το 1932, την παρουσία μιας άγνωστης ως τότε ακτινοβολίας του ατομικού πυρήνα υποθέτοντας την παρουσία του νετρονίου. O Chadwick είχε την ατυχία να εργάζεται ερευνητικά στην Γερμανία όταν ξέσπασε ο Α παγκόσμιος πόλεμος και παρέμεινε έγκλειστος στην φυλακή απο το 1914 έως το 1918. Το 1943, συμμετείχε ενεργά ως επικεφαλής τηα βρετανικής αντιπροσωπείας στην προσπάθεια να κατασκευαστεί η ατομική βόμβα. Μετά τον πόλεμο, ασχολήθηκε με την ανάπτυξη της πυρηνικής ενέργειας στην Βρετανία.
Sir James Chadwick.
Την αμέσως επόμενη χρονιά, το 1936, το βραβείο Νόμπελ πέρασε στα χέρια του Carl David Anderson, για την ανακάλυψη του ποζιτρονίου. Στόχος των πειραμάτων του ήταν να μετρηθεί το ενεργειακό φάσμα των δευτερογενών ηλεκτρονίων που παράγονται απο την κοσμική ακτινοβολία. Το 1930 πίστευαν πως αυτή η ακτινοβολία αποτελείται απο φωτόνια υψηλής ενέργειας. Ο θάλαμος Wilson όμως που χρησιμοποιήθηκε έδειξε την παρουσία σωματιδίου με τη μαζα του ηλεκτρονίου και θετικό στοιχειώδες φορτίο και επιβεβαίωσε την παρουσία του ποζιτρονίου. Το 1935 ακολούθησε η ανακάλυψη του μιονίου. Ο Anderson συνέβαλε στην ανακάλυψη πολλών άλλων στοιχειωδών σωματιδίων τα επόμενα χρόνια.
Carl David Anderson
Το 1938, το βραβείο Νόμπελ δόθηκε στον Enrico Fermi για την ανακάλυψη νέων ραδιενεργών στοιχείων που παράγονται απο την ακτινοβολία νετρονίων και για τις πυρηνικές αντιδράσεις που προκαλούνται απο αργά νετρόνια. Επίσης, ο Ιταλός φυσικός ερμήνευσε την βήτα-διάσπαση με την μετατροπή ενός πρωτονίου σε νετρόνιο και ταυτόχρονη εκπομπή ενός ηλεκτρονίου και ενός νετρίνου. Ανακάλυψε πως ο βομβαρδισμός πυρήνων με νετρόνια δημιουργούσε σειρά νέων ραδιενεργών ισοτόπων και οτι η ανάσχεση των νετρονίων σε νερό ενισχύει την πυρηνική δραστηριότητα. Αυτή η ανακάλυψη του απέφερε το βραβείο Νόμπελ. Επικρότησε τη χρήση της βόμβας στην Ιαπωνία αλλά αργότερα αντιτάχθηκε στην κατασκευή της βόμβας υδρογόνου και στην χρήση της πυρηνικής ενέργειας για στρατιωτικούς σκοπούς.
Enrico Fermi
Το 1939, με το βραβείο Νόμπελ βραβεύτηκε ο εμπνευστής του κύκλοτρου, ο Εrnest Orlando Lawrence. Στον πρώτο επιταχυντή πρωτονίων, τα πρωτόνια που συγκρατούνται σε τροχιά μέσω μαγνητικού πεδίου, επιταχύνονται σε διαδοχικές σπειροειδής τροχιές ώσπου φτάνουν στην περιφέρεια όπου και και προσπίπτουν με μεγάλη ταχύτητα επι ενός στόχου. Επειδή η ένταση του μαγνητικού πεδίου και η ακτίνα του κυκλότρου καθορίζουν την τελική ενέργεια των πρωτονίων οι ερευνητές άρχισαν να αυξάνουν το μέγεθος (και το κόστος) των επιταχυντών αυτών προσπαθώντας να φτάσουν όλο και σε μεγαλύτερες ενέργειες.
Εrnest Orlando Lawrence
Μετά το πέρας του Β Παγκοσμίου Πολέμου, οπότε και ξανάρχισαν οι απονομές των Νόμπελ, το 1943, ο Otto Stern χρήστηκε νομπελίστας, για την συμβολή του στην ανάπτυξη της μεθόδου των ακτίνων μορίων και την ανακάλυψη της μαγνητικης ροπής του πρωτονίου. Στο περίφημο πείραμα Stern-Gerlach έδειξε πως μια δέσμη ατόμων με μαγνητική ροπή που βρίσκεται εντός μαγνητικού πεδίου διαχωρίζεται στα δυο επειδή η κβαντική θεωρία επιτρέπει δυο μόνο προσανατολισμούς της μαγνητικής ροπής παράλληλα ή αντιπαράλληλα με το πεδίο.
Otto Stern
Το 1944, Ο Αμερικανός Φυσικός Isidor Isaak Rabi, κερδίζει το Νόμπελ για την δουλειά του επάνω στη μέθοδο συντονισμού με την οποία καταγράφονται οι μαγνητικές ιδιότητες των ατομικών πυρήνων. Ο Rabi είναι ο πατέρας της μεθόδου του πυρηνικού συντονισμού (NMR) η οποία έχει βρεί πολλές εφαρμογές σε πολλαπλές περιοχές της φυσικής. Το πείραμά του συνίστατο στην αλληλεπίδρση μιας δέσμης ατόμων νατρίου (τα οποία μέσα σε μαγνητικό πεδίο έχουν 8 διαφορετικές πιθανές καταστάσεις ανάλογα με τον ροσανατολισμό της μαγνητικής ροπής) με ένα ασθενές εναλλασσόμενο μαγνητικκό πεδίο. Η αλληλεπίδραση μετέφερε μέσω συντονισμού ενέργεια στο άτομο αλλάζοντας τον προσανατολισμό της μαγνητικής ροπής στο μαγνητικό πεδίο. O Rabi προσδιόρισε την μαγνητική ροπή των ατόμων γνωρίζοντας πως είναι ανάλογη προς την συχνότητα του συντονισμού.
Isaac Rabi
H επόμενη χρονιά που το βραβείο πέρασε στα χέρια πυρηνικού φυσικού ήταν το 1948, όπου δώθηκε στον Baron Patrick Maynard Stuart Blancket για την βελτίωση του θαλάμου Wilson και τις ανακαλύψεις του στην πυρηνική φυσική και στις κοσμικές ακτίνες. Η αλλαγή που έκανε ο Blancket στον θάλαμο Wilson ήταν η εξής: Τον τοποθέτησε ανάμεσα μεταξύ δυο μετρητών geiger ώστε κάθε σωματίδιο που καταγραφόταν και απο τους δυο μετρητές να περνά και απο τον θάλαμο. Η φωτογραφική αποτύπωση των συμβάντων γινόταν μόνο όταν και οι δυο μετρητές κατέγραφαν ταυτόχρονα ένα συμβάν. Ο θάλαμος τοποθετήθηκε μέσα σε μαγνητικό πεδίο για να υπάρχει τατόχρονα πληροφορία για το φορτίο και την ροπή του σωματιδίου. Το 1933 επιβεβαίωσε την ανακάλυψη του ποζιτρονίου. Μεταπολεμικά αντιτάχθηκε στους πυρηνικούς εξοπλισμούς αρθογραφόντας και συγγράφοντας πολλά βιβλία.
Baron Patrick Blancket
Το 1949 απονεμήθηκε το πιο σημαντικό ίσως βραβείο Νόμπελ σε πυρηνικό φυσικό, αφού το κέρδισε ο Ιάπωνας φυσικός Hideki Υukawa για την πρόβλεψη της ύπαρξης του μεσονίου με βάση την θεωρία των πυρηνικών δυνάμεων. O Yukawa ασχολήθηκε με τις πυρηνικές δυνάμεις, και υπέθεσε πως πρέπει να έχουν πολύ μικρή εμβέλεια. Το 1935 διατύπωσε αξιωματικά τη θέση πως οι πυρηνικές δυνάμεις σχετίζονται με ανταλλαγή σωματιδίων κατ'αντιστοιχία με την ηλεκτρομαγνητική δύναμη που σχετίζεται με ανταλλαγές φωτονίων. Απο θεωρητικούς υπολογισμούς προέβλεψε πως η μάζα του εν λόγω σωματιδίου όφειλε να είναι περίπου 200 φορές η μάζα του ηλεκτρονίου. Του δόθηκε λοιπόν το όνομα μεσόνιο ακριβώς επειδή βρίσκεται μεταξύ της μάζας του ηλεκτρονίου και του πρωτονίου. Το σωματίδιο ανακαλύφθηκε πειραματικά το 1947, έχει μάζα 285 φορές την μάζα του ηλεκτρονίου και είναι υπεύθυνο τουλάχιστον για ένα μέρος των πυρηνικών δυνάμεων.
Hideki Υukawa
Το 1950, κάτοχος του Νόμπελ Φυσικής χρίστηκε ο Cecil Frank Powell, για την ανάπτυξη μας φωτογραφικής μεθόδου μελέτης των πυρηνικών διαδικασιών και για τις ανακαλύψειςπου έκανε με αυτήν. Η μέθοδός του χρησιμοποιείται παράλληλα με τον θάλαμο Wilson και είναι μια τεχνική καταγραφής των τροχιών των σωματιδίων. Το 1947, ανακάλυψε με την μέθοδό του το π-μεσόνιο, ενώ επίσης πρώτος κατέγραψε την δίδυμη γέννεση ηλεκτρονίου-ποζιτρονίου. Παράλληλα ασχολήθηκε με τον έλεγχο των εξοπλισμών προσπαθώντας να εξασφαλίση την μεγαλύτερη δυνατή συναίνεση (μοδάτη λέξη στην Ελλάδα του 2011!) μεταξύ των ειδικών επιστημόνων.
Cecil Frank Powell
Την αμέσως επόμενη χρονιά, το 1951, ο Sir John Douglas Cockroft και ο Ernest Thomas Walton ένιωσαν την χαρά της εισόδου στον club των κατόχων Nόμπελ, λόγω των μελετών τους για την μεταστοιχείωση ατομικών πυρήνων μέσω τεχνητά επιταχυνθέντων ατομικών σωματιδίων, αντί των σωματιδίων α που προέκυπταν απο την διάσπαση του ραδίου. Αρχικά οι απαιτούμενες ενέργειες φαινόταν απαγορευτικές, όμως η φύση τους χαμογέλασε, και η ύπαρξη του φαινομένου σήραγγας επέτρεψε στα σωματίδια να εισέλθουν στους πυρήνες ακόμα και με πολύ χαμηλότερες ενέργειες. Οι Cockροft και Walton πέτυχαν να διασπάσουν το λίθιο, βομβαρδίζοντάς το με πρωτόνια και παρήγαγαν ήλιο με ταυτόχρονη έκλυση ενέργειας. Ακολούθησαν και πειράματα με δευτέριο που είχαν παρόμοια αποτελέσματα.
Sir John Douglas Cockcroft
Το 1952, ο Ελβετός πυρηνικός φυσικός Felix Βloch, και ο Αμερικανός Edward Purcel χρίστηκαν κάτοχοι Νόμπελ για την ανάπτυξη νέων μεθόδων μέτρησης του πυρηνικού μαγνητισμού. Για να αποδείξουν πως το (ελεύθερο) νετρόνιο έχει μαγνητική ροπή πραγματοποίησαν πειράματα σκέδασης νετρονίων απο σίδηρο και έδειξαν πως το ανομοιογενές μαγνητικό πεδίο των ατόμων του σιδήρου προκαλεί την πόλωση των δεσμών νετρονίων. Αργότερα, περιέγραψαν την μέθοδο μέτρησης πυρηνικών μαγνητικών ροπών που την ονόμασαν μαγνητική επαγωγή. Η μέθοδος συνίσταται στην μετάπτωση των μαγνητικών ροπών περι ενός συνεχούς μαγνητικό πεδίο, σε συνθήκες συντονισμού με εναλλασσόμενο μαγνητικό πεδίο. Ο Bloch εξελέγη ομόφωνα ΠΡΩΤΟΣ πρόεδρος του CERN στη Γενεύη.
Felix Bloch
Το 1957 δυο Κινέζοι φυσικοί, οι Chen Ning Yang και ο Tsung Dao Lee, χάρη στις έρευνές τους για την ομοτιμία που οδήγησαν σε σημαντικές ανακαλύψεις στη φυσική των υποατομικών σωματιδίων, έγιναν κάτοχοι του Νόμπελ. Ήταν οι πρώτοι που αμφισβήτησαν το κατα πόσο οι νόμοι της φύσικής είναι ίδιοι σε συστήματα με συμμετρίας αριστερής-δεξιάς χειρός. Πρόκειται για την αρχή διατήρησης της ομοτιμίας σύμφωνα με την οποία στη φύση δεν υπάρχει διάκριση ανάμεσα σε αριστερόστροφα και δεξιόστροφα συστήμτα. Τα πειράματα που πρότειναν επιβεβαίωσαν τις θέσεις τους αφού κατα την διάσπαση ραδιενεργών πυρήνων κοβαλτίου μέσα σε ισχυρό μαγνητικό πεδίο τα ηλεκτρόνια που εκπέμπονται δείχνουν μιαπροτίμηση στην κατεύθυνσή τους.
Tsung Dao Lee
Το 1959, ένας Αμερικανός και ένας Ιταλός φυσικός, ο Owen Chamberlain και ο Emilio Segre αντίστοιχα, τιμήθηκαν με το βραβείο Νόμπελ, για την ανακάλυψη του αντιπρωτονίου, που προβλεπόταν απο την θεωρία του Dirac. Πρωτόνια με ενέργεια 10^9 eV προσέπιπταν σε στόχο απο χαλκό, και δημιουργούσαν τις προυποθέσεις για να παρατηρηθεί το αντιπρωτόνιο ανάμεσα σε πολλά άλλα υποατομικά σωματίδια. Η ανίχνευσή του απαιτούσε μεγάλη πειραματική δεξιότητα, λόγω της ανάγκης να καταγραφεί το αρνητικό του φορτίο μέσω της εκτροπής του εντός μαγνητικού πεδίου, και η μάζα του μέσω μετρήσεων ενέργειας και ορμής. Στα πειράματα αυτά ανιχνεύονταν ένα αντιπρωτόνιο κάθε 15 λεπτά.
Emilio Segre
Το 1961 τιμήθηκε με το βραβείο ο Αμερικανός φυσικός Robert Hofstadter για τις πρωτότυπες μελέτες της σκέδασης ηλεκτρονίου από ατομικό πυρήνα, και για τις σχετικές ανακαλύψεις σχετικά με τη δομή των πυρήνων. Ανακάλυψε πως το πρωτόνιο και το νετρόνιο έχουν περίπου το ίδιο μέγεθος και σχήμα, και διατύπωσε την πρώτη αυτοσυνεπή εικόνα του ατομικού πυρήνα. Το βραβείο μοιράστηκε μαζί του ο Rudolf Mossbauer, Γερμανός φυσικός για την έρευνα της απορρόφησης συντονισμού της ακτινοβολίας γ, και την ανακάλυψη του φαινομένου Mossbauer. To φαινόμενο αυτό, βάσει του οποίου η ακτινοβολία που προέρχεται απο έναν πυρήνα θα απορροφηθεί απο έναν άλλον του ιδίου τύπου λόγω συντονισμού, δεν ήταν δυνατόν να παρατηρηθεί διότι ο πυρήνας "αναπηδούσε" κατα την εκπομπή και κατα συνέπεια άλλαζε η συχνότητα της ακτινοβολίας (φαινόμενο Doppler). Ο Mossbauer ανακάλυψε πως με την "καθήλωση" των πυρήνων στο πλέγμα ενός κρυστάλλου εξαφανίζεται η αναπήδηση και η επιδραση της στην συχνότητα της ακτινοβολίας.
Robert Hofstadter
Το 1963, μια ακόμη γυναίκα η γερμανίδα φυσικός Maria Goeppert-Mayer τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ για την ανακάλυψη της δομής των στιβάδων στις οποίες κινούνται τα πυρηνικά σωματίδια.
Η Μayer ανέπτυξε ένα μοντέλο στιβάδων, υποθέτωντας πως τα νουκλεόνια κινούνται σε τροχιές διατεταγμένες κατα στιβάδες. Το μοντέλο αυτό μαζί με την υπόθεση ισχυρής σύζευξης τροχιακής στροφορμής και σπιν εξήγησε σωστά τις παρατηρούμενες διαφορές ευστάθειας των πυρήνων.
Το βραβείο το μοιράστηκε με τον επίσης Γερμανό φυσικό Hans Jensen, o οποίος ανακάλυψε ταυτόχρονα και ανεξάρτητα απο την Mayer τον τρόπο με τον οποίο το μοντέλο των πυρηνικών στιβάδων θα μπορούσε να εξηγήσει την παρατηρούμενη εξάρτηση τηςσταθερότητας των πυρήνων με τον ατομικό αριθμό. Οι Jensen και Mayer έγραψαν απο κοινού ένα βιβλίο για την δομή των πυρήνων, όπου διατύπωσαν προβλέψεις για τις ιδιότητες αυτων, που επιβεβαιώθηκαν στην συνέχεια.
Maria Goeppert-Mayer
To 1965 χρίζεται Νομπελίστας ο Richard Feyman μαζί με τους Julian Schwinger, Sin-Itiro Tomonaga, για το σημαντικότατο έργο τους στην κβαντική ηλεκτροδυναμική, που έχει σοβαρές συνέπειες στη φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων, ενώ το 1969 ο Murray Gell-Mann, για την ταξινόμηση των στοιχειωδών σωματιδίων και των αλληλεπιδράσεων. Όλα τα γνωστά σωματίδια μπορούν να ομαδοποιηθούν σε πολλαπλότητες που εμφάνιζαν γεωμετρικά χαρακτηριστικά σε αντιστοιχία με τις ομάδες Lie. Η γεωμετρική θεωρία του ήταν κάτι σαν τον περιοδικό πίνακα των σωματιδίων και προέβλεπε την ύπαρξη νέων.
Μετά απο 6 χρόνια, το 1975 οι φυσικοί Ben Roy Mottelson και Leo James Rainwater τιμήθηκαν μ το Νόμπελ για την έρευνά τους σχετικά με την εσωτερική δομή του πυρήνα όπου ενοποίησαν το μοντέλο της "υγρής σταγόνας" και το μοντέλο των στιβάδων δίνοντας έτσι αρτιότερη εικόνα της δομής του πυρήνα ενώ το 1976 είχαμε την απόδωση του Νόμπελ στους Burton Richter και Samuel Chao Ting για την ανακάλυψη ενός στοιχειώδους σωματιδίου, του ψ.
Richard Feyman
Το 1980, ο Αμερικανός φυσικός James Cronin μαζί με τον συμπατριώτη του Val Fitch, τιμήθηκαν με το βραβείο Νόμπελ, διότι ανακάλυψαν πως κατα την διάσπαση ουδέτερων μεσονίων Κ, παραβιάζονται θεμελιώδης αρχές συμμετρίας.
To 1984, ήρθε η σειρά του Carlos Rubbia του Ιταλού φυσικού, του οποίου η έρευνα οδήγησε στην ανακάλυψη των σωματιδίων W και Ζ (φορέων της ασθενούς αλληλεπίδρασης) τα οποία προέβλεπε η ηλεκτρασθενής θεωρία, ενώ το 1990, 3 Αμερικανοί φυσικοί οι Jerome Friedman, Henry Kendall, και Richard Taylor, χρίστηκαν Νομπελίστες για τα πειράματα βαθειάς ανελαστικής σκέδασης ηλεκτρονίων σε πρωτόνια και νετρόνια, που συνέβαλλε αποφασιστικά στην ανάπτυξη του μοντέλου των κουαρκ στην φυσική των σωματιδίων.
Carlos Rubbia
Απο εκεί και πέρα, επιγραματικά βραβεύτηκαν με βραβεία Νόμπελ, το 1994, οι καινοτόμες ανακαλύψεις των Martin Lewis Pell και Frederick Raines για την ανακάλυψη του λεπτονίου ταυ, το 1999 ο Ολλανδός Ηuft, για την αποσαφήνιση της κβαντικής δομής των ηλεκτρασθενών αλληλεπιδράσεων στη Φυσική και το επιστέγασμα.. το 2007 με τον Μακόμπο Κομπαγιάσι ο οποίος τιμήθηκε με το βραβείο Νόμπελ για την ανακάλυψη της προέλευσης της σπασμένης συμμετρίας, η οποία προβλέπει την ύπαρξη στη φύση τουλάχιστον τριών οικογενειών από κουάρκς..
Martin Lewis Pell Gerarld Hooft
