Провінційний юнак з університетським дипломом після тривалої подорожі з Нової Зеландії через Австралію в Англію в 1895 р з Лондона по залізниці приїхав в Кембридж і розшукав триповерхова будівля Кавендішської лабораторії, побудоване в стилі англійської готики. Воно виділялося серед старіших будівель автономних коледжів - багатих навчальних закладів.
Резерфорд не був упевнений, що директор цієї знаменитої лабораторії Джозеф Томсон, якого студенти ласкаво називали Джей-Джей - так вимовлялися його ініціали, - відразу ж запропонує йому місце. Однак побоювання розсіялися після першої ж зустрічі. Томсон дуже уважно вислухав молодого людини і сказав, що йому потрібні співробітники. Згодом Резерфорд згадував, що Томсон зробив тоді на нього сильне враження.
Будівля Кавендішської лабораторії Кембриджського університету
Першим директором Кавендішської лабораторії з дня її заснування був великий англійський фізик Клерк Максвелл, який вважав за свій обов'язок познайомити англійців з незаслужено забутим Генрі Кавендіш, відкриття якого були через багато років незалежно повторені іншими вченими.
Зі статті Максвелла про наукові праці Кавендіша дізналися і про деякі особисті риси цієї непересічної дослідника.
Генрі Кавендіш мав славу великим оригіналом, людиною з дивацтвами. Він був дуже багатий, але не мав друзів і взагалі уникав людей. Життя Кавендіша здавалася його сучасникам загадкової і для цього були підстави.
Мізерні біографічні відомості говорять, що Кавендіш вів замкнутий спосіб життя. Він нікого не приймав у своєму палаці і навіть заборонив прислузі показуватися йому на очі. Їжа подавалася на стіл до того, як вчений входив до кімнати. Кавендіш в повній самоті працював у своєму кабінеті і домашній лабораторії.
Фізична лабораторія Кембриджського університету, колиска видатних наукових відкриттів, нагадувала про це дивному і талановитого вченого.
Резерфорд приїхав в Кембридж у вдалий час. Томсон якраз задумав "потужний наступ" на нові і малодосліджені проблеми фізики. До них він відносив: електричні розряди в газах, люмінесценцію, тільки що відкриті рентгенівські промені. Вчений потребував помічників. Він вирішив прийняти в лабораторію декількох молодих людей, які закінчили університети і які висловили бажання займатися науково-дослідною роботою.
Майже одночасно з Резерфордом в Кембриджський університет з різних країн приїхали молоді фізики, в тому числі Джон Мак-Леннан, Таунсенд, Поль Ланже-вен та інші. Всі вони стали співробітниками Кавендішської лабораторії. Резерфорд і француз Ланжевен, який завдяки своїм працям з магнетизму і акустики став знаменитим ученим, довго працювали в одній лабораторній кімнаті і з тих пір дружили все життя. Повернувшись до Франції, Ланжевен почав працювати в Колеж де Франс під керівництвом П'єра Кюрі. Після смерті Кюрі він зайняв його посаду професора університету. Через багато років професором Колеж де Франс став учень Ланжевена Фредерік Жоліо-Кюрі.
Перший директор Кавендішської лабораторії Джемс Клерк Максвелл (1831-1879)
Томсон, дізнавшись, що Резерфорд до приїзду в Кембридж проводив в Новій Зеландії досліди з електромагнітними хвилями, запропонував йому на перших порах продовжувати їх. Резерфорд прийняв цю пропозицію і відразу приступив до досліджень поширення електромагнітних хвиль за допомогою виготовленого їм приймача та іншої апаратури. Наслідком цих дослідів було те, що Резерфорда вдалося в 1896 р встановити радіозв'язок між університетської обсерваторією і Кавендішськой лабораторією на відстані близько трьох кілометрів. Однак домігшись таких цікавих результатів, він залишив роботу, так як, за його словами, практичні сторони радіозв'язку і, зокрема, подальше удосконалення приймально-передавальних пристроїв його не цікавили. Уже в ті роки Резерфорд був твердо переконаний, що його покликання - дослідницька робота. Тому, припинивши досліди по радіозв'язку, він приєднався до Томсону і разом з ним став експериментувати з електричними розрядами в газах. Для своїх дослідів вони застосовували розрядні трубки, наповнені інертними газами. Томсон дуже захоплювався цими дослідженнями і вважав, що вони допоможуть вирішити найважливіші проблеми, пов'язані з природою електрики і будовою атома.
* (Тепер Х-промені називають рентгенівськими лучамі.- Прим. Ред.)
Серйозні статті, в яких обговорювалися різні факти, пов'язані з дивовижним відкриттям професора Рентгена, друкувалися в наукових журналах того часу. Природно, вчені найбільше цікавилися походженням Х-променів і намагалися дати фізичне пояснення цьому явищу. Багато хто вважав тоді, що рентгенівські промені є один з раніше невідомих видів люмінесценції.
Надалі з'ясувалося, що маса електрона в 1836 разів менша за масу найлегшого з атомів - атома водню. Тому електрон розглядається як істинно елементарна частинка. Електрон був першою з численних елементарних частинок, виявлених в наступні роки фізиками в атомі і ядрі і перевищили До 1964 сотню.
Після відкриття електрона Томсон припустив, що атом є "сверхминиатюрную" сферу діаметром 10 -8 см з рівномірно розподіленим в ній позитивним зарядом і вкрапленнями негативно зарядженими електронами.
Ця модель атома, запропонована Томсоном, як з'ясувалося пізніше, була помилковою. Але може бути саме її недосконалість змусило фізиків наполегливо думати про те, яка ж справжня структура атомів, шукати в дослідах і теорії факти, здатні дати відповідь на питання.
У той час, коли Резерфорд працював в Кавендішської лабораторії, там панувала, за висловом А. Ф. Іоффе, "атмосфера електронної моделі Томсона", і в таких умовах важко було навіть мріяти про створення іншої моделі атома, заснованої на інших уявленнях.
Резерфорда дуже зацікавило вивчення іонізації повітря, виробленої рентгенівськими променями. Ймовірно, він і Томсон взагалі були одними з перших учених, які виявили глибокий інтерес до цих променів і вважали відкриття вюрцбурзького професора виключно важливим і багатообіцяючим.
По інший бік Ла-Маншу професор Політехнічної школи в Парижі Анрі Беккерель після розмови з Анрі Пуанкаре, який розповів йому про нещодавно відкритих Рентгеном променях, припустив, що, може бути, люмінесценція, яка спостерігається в тому місці рентгенівської трубки, на яке потрапляло катодного випромінювання, супроводжується випусканням рентгенівських променів.
Інакше кажучи, Беккерель поставив собі питання: чи не пов'язані рентгенівські промені з явищем люмінесценції (тоді говорили: фосфоресценція) скла рентгенівських трубок.
Зараз таке питання викликав би усмішку у будь-якого старшокласника, який знає з курсу фізики, що рентгенівські промені - це дуже короткохвильове електромагнітне випромінювання [довжина хвилі від 0,06 до 20 ангстрем (Перший директор Кавендішської лабораторії Джемс Клерк Максвелл (1831-1879).)] .
У пошуках відповіді на своє питання Беккерель у фізичній лабораторії Музею природної історії в Парижі почав серію дослідів з люминесцирующими речовинами (люминофорами), намагаючись визначити, чи не випускають чи рентгенівські промені звичайні речовини, здатні люминесцировать після освітлення їх.
В кінці минулого століття люмінесценцію, т. Е. Властивість деяких тіл поглинати світло і потім його випускати, вивчали багато вчених, у тому числі і Джозеф Томсон. Були відомі багато солі і мінерали, що володіють здатністю люминесцировать. У лабораторії Музею зберігалася велика колекція люминесцирующих речовин, зібрана ще батьком Беккереля, теж великим вченим - фахівцем по люмінесценції.
Беккерель, керуючись ідеєю, згодом опинилася помилковою, став досліджувати солі урану, люмінесцирующие після попереднього освітлення жовто-зеленим світлом.
Беккерель виставив на сонце пластинки, покриті шаром уранової солі. Потім він загорнув ці пластинки в чорний папір і помістив їх в касету разом з фотографічною платівкою, сподіваючись, що проникаюче випромінювання, що виходить з люминесцирующей солі і проходить крізь чорну папір, буде виявлено по його дії на фотопластинку.
Щасливий випадок допоміг Беккерелю встановити справжню природу спостережуваного явища.
Для продовження дослідів дослідник підготував кілька касет з фотопластинками разом з платівкою, покритої шаром
солі урану і загорнутої в чорний папір. Але так як в ці зимові дні сонце не показувалося над Парижем, він замкнув касети в ящик столу.
До свого превеликий подив, він зауважив, що фотографічні пластинки потемніли точно так же, як і в попередніх дослідах, хоча в цьому випадку солі урану не наражалися на попередньому висвітлення сонячними променями і не могли фосфоресцировать.
Беккерель в своєму повідомленні так описав виконані ним досліди:
"Фотографічна пластинка Люмьера з желатину емульсією була загорнута в подвійний шар чорного паперу. Зверху накладався плоский кристал подвійного сульфату урану і калію, і все це експонувалося на сонці кілька годин. Після прояви пластинки виявлявся чорний відбиток фосфоресцирующего кристала. Якщо між фосфоресцирующим речовиною і папером містилася монета або металевий екран з ажурним малюнком, то на платівці з'являлося зображення цих предметів ".
Це коротке повідомлення, викладене незвичайним для сучасних наукових повідомлень мовою, має великий історичний інтерес як перша в світі звістка про спостереження радіоактивного випромінювання урану.
Відкриття Беккереля викликало інтерес вчених до урану - в той час останнього хімічному елементу періодичної системи. Але, звичайно, ніхто не міг підозрювати, що урану, який довго вважався малоцінних речовиною, належить зробити запаморочливу кар'єру. Металевий уран не знаходив застосування і тільки деякі його солі використовувалися в невеликих кількостях в фотографії і в скляної промисловості. У хімічних лабораторіях рідко можна було знайти уран.
Нині уран (це знає кожен) - цінний матеріал, що ділиться, застосовуваний в якості ядерного пального.
В процесі розвитку науково-технічних досягнень, вченим, а також конструкторам і іншим фахівцям довелося подолати великі труднощі, нерідко призводили їх майже до відчаю. Але, врешті-решт, їх праця увінчалася повним успіхом.
Повідомлення про відкриття Беккерелем радіоактивності справила велике враження в Кавеідішской лабораторії, і Резерфорд вирішив негайно зайнятися вивченням цих загадкових уранових променів. Спочатку йому здавалося, що існує якийсь зв'язок між урановими і рентгенівськими променями. Він вважав свої перші роботи по радіоактивності, як він сам говорив, природним продовженням його досліджень ионизующего дії рентгенівських променів, що проводилися ним спільно з Томсоном.
Випромінювання уранових препаратів, як і рентгенівські промені, виробляло іонізацію повітря. Така схожість у впливі випромінювань на навколишнє середовище привело Резерфорда до думки про досвідченого порівнянні рентгенівських і беккерелеви променів, що могло дати найбільш достовірні і точні відомості про їх фізичні властивості.
Досліди тривали майже рік. Вони показали, що подібності між двома досліджувати випромінюваннями, незважаючи на їх однакове ионизующее дію, немає. Резерфорд зміг переконатися також у тому, що припущення Беккереля про подібність уранових променів зі світловими помилково. Випромінювання урану всупереч твердженням Беккереля (правда, не підкріпленому дослідами) не виявляється властивостей, характерних для світу. Воно не підкорялося законам світловий оптики: відбиття, заломлення і поляризації.
Незважаючи на ці важливі результати, отримані Резерфордом, первинне завдання порівняння властивостей двох видів випромінювання - рентгенівського і уранового, - могла здатися більш скромною, ніж те, чого дослідник в дійсності досяг, продовжуючи свої досліди.
В результаті цих робіт Резерфорда були відкриті альфа-частинки. Поява в лабораторії фізика Цією першою вісниці з глибоких надр речовини, ревниво охоронюваних самою природою, - найбільша подія в науці.
Резерфорд помістив радіоактивний джерело в магнітне поле і отримав три види випромінювань, що випускаються ураном: альфа-, бета-частинки і гамма-промені.
Уже при проведенні цих дослідів Резерфорд передбачив, що альфа-частинки допоможуть дослідити структуру атома в якості потужних інструментів для проникнення в атом. І дійсно в наступних роботах Резерфорда головну роль грали мініатюрні, але потужні снаряди - альфа-частинки.
Три роки практичних занять Резерфорда в Кавеідішской лабораторії під керівництвом Томсона відзначені талановитими роботами, які доставили молодому вченому досить широку популярність в наукових колах Європи і Америки.
Найважливішими з них були, звичайно, дослідження радіоактивності урану і торію. Саме вони вказали початківцю вченому його майбутнє поле діяльності і дозволили йому в подальшому пояснити найтонші процеси і явища, що відбуваються в атомі, а ще пізніше і атомному ядрі.
Питання про подальшу роботу Резерфорда зважився дуже просто. Двадцятишестирічний новозеландець отримав запрошення зайняти посаду професора фізики в Мак-Гіллском університеті в Монреалі.
Джозеф Томсон був переконаний, що Резерфорд блискуче впорається з новою роллю, і стверджував, що для Канадського університету такий професор - дуже цінне придбання.
Коли влітку 1908 року в Кембридж приїхав ректор Мак-Гіллского університету Петерсон, Томсон сам представив йому Резерфорда. Ректор здійснив подорож до Англії, щоб познайомитися з кандидатом в професора свого університету, який отримав таку надзвичайно приємну рекомендацію від знаменитого вченого, високо шанованого в Канаді, та й не тільки там. У цій рекомендації, написаної Томсоном і завчасно відправленої їм в Монреаль поштою, говорилося наступне: "У мене ніколи не було молодого вченого з таким ентузіазмом і здібностями до оригінальних досліджень, як пан Резерфорд, і я впевнений, що, якщо він буде обраний, він створить видатну школу фізики в Монреалі. Я вважав би щасливим ту установу, яка закріпила б за собою Резерфорда в якості професора фізики ".