MÔ HÌNH PROTON – NOTRON CỦA HẠT NHÂN
Các báo cáo công bố những kết quả thí nghiệm của Chadwick được in ra vào tháng giêng 1932. Ngay sau đó hai nhà vật lý Nga Dmitri Dmitrievich Ivanenko (1904 - 1994), E.N.Gapon và nhà vật lý Werner Heisenberg (1901 - 1976) cũng đưa ra mô hình proton - notron của cấu trúc hạt nhân.
Một điều lý thú là từng có một sự lý giải đúng đắn về các kết quả thí nghiệm của Joliot và Curie đã được phát biểu trước cả các công trình của Chadwick. Tác giả của cách đoán nhận đó là một nhà vật lý lý thuyết trẻ tuổi người Ettore Majorana. Khi được biết về các kết quả thí nghiệm của Joliot và Curie, ông đã thốt tên với một người bạn đồng nghiệp: ''Này, cậu có biết không, họ ngốc thật họ đã phát hiện ra hạt proton trung tính mà lại không biết!'' Tuy là người đầu tiên nghĩ ra mô hình đúng đắn của hạt nhân, ông vẫn không công bố ý kiến của mình, một mặt vì cho mô hình đó là quá hiển nhiên, mặt khác vì cho mô hình đó chưa được hoàn hảo và thế là công đầu cho việc đưa ra mô hình đúng đắn đó lại thuộc quyền sở hữu của những người khác. Sáu năm sau các sự kiện đó, Majorana đã mất trong những hoàn cảnh bí ẩn.
Theo mô hình mới này thì hạt nhân của nguyên tử được cấu thành bởi các proton và các notron: các electron không tham gia vào cấu trúc của hạt nhân. Tổng số các hạt proton và notron trong hạt nhân được ký hiệu bằng chữ A và có tên gọi là khối lượng số (khối số) của hạt nhân. Theo các quan điểm hiện đại thì proton và notron được xem là hai trạng thái của cùng một hạt có tên là nucleon (từ nguyên Latinh, nucleus = hạt nhân). Do đó khối lượng số chính là số nucleon trong hạt nhân. Đối với nhiều nguyên tử tồn tại phổ cập trong thiên nhiên thì A theo quy tắc là xấp xỉ trùng với khối lượng tương đối của nguyên tử của nguyên tố hóa học tương ứng.
Khối lượng số còn được gọi là baryon tích hay tích baryon của hạt nhân. Theo định nghĩa proton và nơtron có tích baryon là 1, còn của electron là 0. Việc đưa khái niệm tích baryon dựa trên cơ sở là tích tương tự như điện tích và có tính bảo toàn.
Số proton trong hạt nhân trùng với nguyên tử số Z của nguyên tố hóa học tương ứng. Muốn tìm số nơtron N trong hạt nhân ta trừ bớt ở A số proton Z, như vậy
N = A - Z
Khác với electron, các nucleon không phải là những hạt điểm: khối lượng của chúng phân bố đều trong một thể tích với đường kính 10-15m. Hạt proton là một hạt bền trong khi hạt nơtron tự do lại là một hạt không bền với gian sống trung bình là 900 giây.
Mới đầu thì người ta nghĩ rằng với mô hình proton – nơtron của hạt nhân, mọi vấn đề về cấu trúc hạt có thể giải quyết được. Song thực tế không phải như vậy. Hơn nữa nếu trong hạt nhân chỉ có hạt nucleon thì hạt nhân cũng không tồn tại được.
Lý do là giữa các proton vốn là những hạt mang điện tích dương, lực điện sẽ đẩy chúng ra xa nhau và ''phá tan'' hạt nhân. Song điều này lại không xảy ra. Và các nơtron vốn là những hạt trung hòa về điện cũng không bị tách ra khỏi hạt nhân. Ở đây có sự tác động của lực hấp dẫn chăng? Không thể thế được, những tính toán đơn giản cho chúng ta thấy rằng lực hấp dẫn ở đây quá yếu (khoảng 1036 lần yếu hơn lực đẩy điện trường giữa các proton).
Vật lý hiện đại giải thích sự tồn tại bền vững của những hạt nhân nguyên tử bằng lực hạt nhân tác động giữa các nucleon. Lực hạt nhân này về bản chất khác lực điện trường và lực hấp dẫn. Lực hạt nhân không liên quan gì đến điện tích và tác động như nhau giữa proton với proton, giữa notron với notron và giữa notron với proton.
Lực hạt nhân là sự biểu hiện của cái gọi là tương tác mạnh, và có cường độ lớn hơn lực điện từ 2 - 3 bậc. Và muốn cho lực hạt nhân có thể xuất hiện, phải tồn tại một loại hạt truyền tương tác mạnh (đó chính là lượng tử của trường hạt nhân): các hạt này khi được trao đổi giữa 2 hạt nucleon sẽ làm xuất hiện lực hút giữa hai hạt nucleon.
