A részecskekutatás egyik alapeszközét alkotta meg tanítványával Hans Geiger

A német Hans Geiger részecskefizikával foglalkozott, az anyag elemi összetevőit, sugárzását és kölcsönhatásait vizsgálta. Ezentúl vizsgálta a kozmikus sugárzást is és részt vett a Harmadik Birodalom atomfegyverprogramjában. A részecskeszámláló feltalálója 79 éve, 1945. szeptember 24-én hunyt el Potsdamban.

Alapvető felfedezések kora

Hans Geiger az indológus Wilhelm Ludwig Geiger öt fiának egyikeként 1882-ben, Neustadtban látta meg a napvilágot. Fizika doktorátusát 24 évesen szerezte meg az Erlangeni Egyetemen, ahol nem csengett ismeretlenül a Geiger családnév, hiszen édesapja is ennek az intézménynek volt a professzora.

Geiger korának legnagyobb fizikusai között dolgozott. A Manchesteri Egyetemen előbb Arthur Schuster, majd nyugdíjba vonulása után Ernest Rutherford asszisztense lett. Utóbbitól azt kapta feladataként, hogy fejlesszen ki olyan eszközt, amellyel meg lehet számlálni a becsapódó alfa-részecskéket (hélium atommagokat).

Ez lett a később róla elnevezett Geiger-Müller-féle számláló első változata. További kísérletezésük során Rutherford és Geiger, valamint az utóbbi munkáját segítő Ernest Marsden nagy előrelépést tettek az atommag szerkezetének megismerésében. A világunk legapróbb alkotóelemeinek feltárására felé tartó nagy utazás azonban nem velük kezdődött.

Az atomi méretű struktúrák vizsgálatában 1895-ben Wilhelm Conrad Röntgen tett nagy előrelépést a róla elnevezett röntgensugárzás felfedezésével. Ezután Párizsban Marie Curie bebizonyította, hogy az urán és annak vegyületei mellett egyik másik elem, a tórium is ilyen újfajta sugárzást bocsájt ki. A polónium és a rádium felfedezése mellett a radioaktivitás szót is a lengyel tudósnő használta először.

Az új-zélandi Rutherford Angliában csatlakozott J. J. Thomsonhoz, akivel azt kutatták, hogyan teszik a röntgensugarak elektromosan vezetővé a levegőt. Mialatt Thomson az elektronok felfedezéséért Nobel-díjat kapott, Rutherford az alfa- és béta-sugárzásokat különböztette meg sikeresen, majd a felezési idő fogalmát is bevezette.

A Nobel-díjat számára az a felfedezése hozta meg, amelyben rámutatott, hogy – a korábbi feltevésekkel ellentétben –  az atomok nem állandóak és a radioaktivitás során egyik elem a másikba alakul át. Innentől kezdve a tudóstársadalom nagy részét leginkább az érdekelte, mi alakítható át mivé.

A béta részecskéket hamarosan azonosították a Thomson által felfedezett elektronnal, az alfa-részecskék azonban már több fejtörést okoztak. Ezek mérete ugyan felfoghatatlan, ezermilliárdszor kisebbek egy bolhánál, mégis mindegyik érzékelhető.

Mazsolás puding, aranylemez és a selyempapírra kilőtt gránát

A Rutherford vagy Geiger-Marsden-kísérlet 1909 és 1911 között zajlott le. Ennek során alfa-részecskékkel bombáztak egy vékony aranylemezt. Az 1910-es évek végére sokan sokféleképpen gondolkodtak az atom szerkezetéről.

Thomson „mazsolás puding” modellje szerint a negatívan töltött részecskék, az elektronok a pozitív töltésű anyagot ugyanúgy pettyezték be, mint a mazsolák a pudingot. Thomson szerint az atom belsejében az anyag többé-kevésbe egyenletesen oszlik el, eszerint az alfa részecskéknek eltérülés nélkül, lassulva kellene a lemezen keresztülhaladniuk, mint a puskagolyó a vízben. Geigerék kísérletében azonban néhány hélium atommag iránya jelentősen megváltozott.

Az eredmény mindenkit meglepett. Rutherford erre így emlékezett vissza: „Határozottan ez volt a leghihetetlenebb eredmény, amellyel életemben találkoztam. Majdnem olyan hihetetlen volt, mintha valaki egy 15 hüvelykes gránáttal egy selyempapír-darabkára tüzelne, és az visszatérve őt magát találná el.”

Geiger és Marsden mérési eredményei bizonyították Rutherford hipotézisét. A türelmes és kitartó munkájuk elvezetett az atommag felfedezéséhez, ami egész világképünket megváltoztatta. A Rutherford-féle szórási kísérlet eredményeként Ernest Rutherford és a kutatásával idekapcsolódó Niels Bohr egy olyan atommodellt alkotott meg, amelyben a pozitív töltésű atommagot a negatívan töltött elektronok felhője veszi körül.

Megmérték azt is, hogy egy átlagos atommag mérete úgy aránylik az egy méterhez, mint a gombostű feje a Föld-Nap távolsághoz. Emellett a szóratási (ütköztetési) kísérletek bevezetésével a mérési eljárásokat is forradalmasították. Ennek során részecskenyalábot bocsátanak céltárgyakra, és megfigyelik, hogy a részecskék hogyan szóródnak szét a céltárgy atommagjain.

Geiger első világháborús katonai szolgálata után Berlinbe költözött. Tanítványával, Walter Müllerrel továbbfejlesztette részecskeszámlálóját és 1928-ban elkészítették a később róluk elnevezett számlálócsövet, a Geiger-Müller-számlálót. A részecskeészlelők (detektorok) működés közben minden egyes nagyenergiájú részecske becsapódásakor jellegzetes kattogó hangot adnak. A részecskekutatás alapeszközének számító berendezés emellett számtalan más célra is alkalmas, a kozmikus sugárzás mérésére és radioaktív kőzetek felkutatására is.

Geiger a következő évben a tübingeni egyetem professzoraként a kozmikus sugárzást kutatta, megfigyelte az úgynevezett légi záporokat, melyek akkor keletkeznek, amikor a bolygónkat elérő sugárzás kölcsönhatásba lép a légkör molekuláival.

Mire 1937-ben a berlini Tudományos Akadémia tagjává választották, már meggyőződéses nemzetiszocialista volt. Azokat a zsidó kollégáit is feladta, akik korábban segítették őt, és részt vett a Harmadik Birodalom atomfegyverprogramjában is.

Berlin ostromát és szovjet megszállását még megérte, egészsége azonban leromlott. A nyáron potsdami házából kiebrudalták, mivel az a háborút lezáró szövetséges konferencia helyszíne körül kijelölt „tiltott zónába” esett. Hosszú betegeskedés után,1945. szeptember 24-én hunyt el a helyi kórházban.