ถึงตรงนี้ สถาปัตยกรรมของอะตอมก็เป็นที่รู้จักกันแล้วและยังมีความเข้าใจดีพอควร แต่วิทยาศาสตร์ยังคงก้าวต่อไปข้างหน้า ขั้นต่อไปนี้ถึงกับนำเข้าไปสู่ข้างในนิวเคลียสเลยทีเดียว เช่นเดียวกับชาวประมงของเรา นักวิทยาศาสตร์พากันกังขาเกี่ยวกับภาชนะใบน้อย-หรือก็คือนิวเคลียสของอะตอม-ที่พวกเขาทอดแหติดขึ้นมา และพวกเขาก็ตรวจสอบมันด้วยเครื่องมือวิจัยทุกชนิดที่พวกเขาสามารถจะรวบรวมสรรหามาได้
เช่นเคยที่ลูกกระสุนเชิงอะตอมถูกนำมาใช้ ถึงตอนนี้พวกเขายังแตะเข้าไปไม่ถึงนิวเคลียส ลูกกระสุนที่หาได้ตอนนี้ยังเป็นประจุบวกแบบเดียวกับนิวเคลียสนั่นเอง เราได้เห็นกันมาแล้วว่ามีแรงขนาดมหาศาลเพียงใดที่ดึงดูดโปรตอนกับอิเล็กตรอนเข้าไว้ด้วยกัน มีแรงที่มีกำลังเท่า ๆ กันนี้แหละที่กระทำระหว่างลูกกระสุนกับนิวเคลียส แต่ในกรณีนี้มันเป็นแรงผลักลูกกระสุนและนิวเคลียสให้ออกจากกัน เพราะประจุที่เหมือนกันย่อมผลักกัน นิวเคลียสจึงถูกกันอยู่ภายในโล่อิเล็กตรอนที่แข็งแรงจนแทบจะเอาชนะไม่ได้
วิทยาศาสตร์จึงต้องการกระสุนชนิดอื่น ๆ ที่ดีกว่านี้ แต่กระสุนที่ดีกว่านั้น พูดง่าย ๆ ก็คือกระสุนที่เร็วกว่า ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงวุ่นวายอยู่กับการสร้างเครื่องมือขนาดใหญ่สำหรับผลิตลูกกระสุนที่เร็วยิ่งขึ้นและยิ่งขึ้น
ขณะนั้นเป็นเรื่องค่อนข้างง่ายแล้วในการขจัดอิเล็กตรอนออกจากอะตอมไฮโดรเจน ที่จริงนี่เป็นสิ่งที่ทำให้เกิดขึ้นได้ภายในหลอดอิเล็กตรอน รังสีอิเล็กตรอนที่กวาดพาดผ่านไปในหลอดอิเล็กตรอน เมื่อชนเข้ากับอะตอมไฮโดรเจนที่บรรจุไว้ภายในหลอด พวกมันจะชนเข้ากับอะตอมและกระแทกเอาอิเล็กตรอนกระเด็นออกมา คงเหลือผลลัพธ์สำคัญคือโปรตอนที่เปลือยเปล่าเอาไว้ ที่นี้ถ้าโปรตอนถูกปล่อยไว้ระหว่างแผ่นโลหะสองแผ่นที่มีประจุไฟฟ้าตรงข้ามกัน โปรตอนก็จะถูกดึงดูดด้วยแผ่นโลหะด้านประจุลบและค่อย ๆ เริ่มเคลื่อนตัวไปทางด้านนั้น ถ้าศักย์ไฟฟ้าระหว่างแผ่นโลหะทั้งสองสูงพอ โปรตอนก็จะเพิ่มความเร็วขึ้นมหาศาล ความเร็วที่ยิ่งเพิ่มขึ้นก็ยิ่งเป็นกระสุนที่ดีขึ้น และนี่เป็นสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ต้องการ
นักฟิสิกส์พยายามสร้างเครื่องมือทุก ๆ อย่างที่จะสร้างศักย์ไฟฟ้านับล้าน ๆ โวลต์ โปรตอนเคลื่อนที่เร็วที่เกิดขึ้นจากอุปกรณ์ศักย์ไฟฟ้าสูงเหล่านี้ เป็นเสมือนกับรังสีที่มีพลังงานสูงจากเรเดียม แต่โปรตอนพวกนี้ยังเร็วกว่าและมีจำนวนอนุภาคในลำอนุภาคมากกว่าอีกด้วย สิ่งที่พุ่งออกมาจากเรเดียมหรือพอโลเนียมเป็นเหมือนกับน้ำหยดติ๋ง ๆ ในขณะที่ลำโปรตอนจากเครื่องจักรเหล่านี้เป็นเสมือนกับน้ำที่พุ่งอย่างแรงออกมาจากท่อดับเพลิง
ในการทดลองเป็นพัน ๆ ครั้ง นักวิทยาศาสตร์กระหน่ำรังสีประดิษฐ์เข้าไปที่อะตอม มีการอัดกระแทกอนุภาคโปรตอนเข้าไปในนิวเคลียสของธาตุมากมายหลายชนิดและมีหลายสิ่งเกิดขึ้นมา ยกตัวอย่างลองพิจารณาโลหะลิเทียมชิ้นหนึ่งซึ่งข้างในนิวเคลียสของมันมีประจุ +3 ที่นำมาติดตั้งไว้ที่ปลายหนึ่งของเครื่องอัดกระแทกอะตอมและยิงมันด้วยลำของโปรตอนเร็ว กระสุนส่วนใหญ่ไม่โดนเป้าเพราะว่านิวเคลียสมีขนาดเล็กเหลือเกิน แต่ลองพิจารณาดูสิว่าถ้ามีโปรตอนสักอนุภาคหนึ่งบังเอิญอัดโครมเข้าไปตรงศูนย์กลางของนิวเคลียสพอดี ด้วยความเร็วมหาศาลของมัน โปรตอนนี้จะกรีดผ่านโล่อิเล็กตรอนของนิวเคลียส ตะลุยลึกเข้าไปและชนโครม ทีนี้ก็เกิดเป็นนิวเคลียสเกิดขึ้นใหม่ที่มีประจุเพิ่มขึ้นเป็น +4 แล้วทันใดก็กลับแตกออกเป็น 2 นิวเคลียสที่แต่ละนิวเคลียสมีประจุ +2 นิวเคลียสทั้งสองที่เกิดใหม่นี้คือนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม เพราะว่าอะตอมฮีเลียมมีประจุ +2 อยู่ภายในนิวเคลียส ดังนี้ ธาตุหนึ่งได้เปลี่ยนไปเป็นอีกธาตุหนึ่ง และนี่คือความสำเร็จที่นักเล่นแร่แปรธาตุในยุคกลางใฝ่ฝันหา
เมื่อนักวิทยาศาสตร์เริ่มต้นการกระหน่ำยิงลูกกระสุนเข้าไปในนิวเคลียสของอะตอม สาขาใหม่ของวิทยาศาสตร์ก็ได้ถือกำเนิดขึ้น ได้แก่ ฟิสิกส์นิวเคลียร์ ในระหว่างช่วงเวลาที่สำคัญและน่าสนใจของเครื่องอัดกระแทกอะตอมนี้ มีการเรียนรู้มากมายหลายอย่าง แต่รางวัลคือการค้นพบที่เกิดขึ้นกับลูกกระสุนชนิด โบราณ นั่นคืออนุภาคแอลฟาที่เหมือนกับน้ำที่หยดติ๋ง ๆ ออกมาจากธาตุกัมมันตรังสี กระสุนประเภทนี้ใช้ได้กับนิวเคลียสที่มีประจุอ่อน ๆ ซึ่งมีเกราะไม่แข็งแรงพอจะป้องกันกระสุนให้กระเด็นกลับไป
นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันสองคนคือโบเทอและเบคเคอร์ใช้เวลาหลายปี ในการทดลองใช้อนุภาคแอลฟามาศึกษานิวเคลียส วันหนึ่งพวกเขาเลือกเอาโลหะเบริลเลียมเป็นเป้า เบริลเลียมเป็นโลหะที่เบามากใกล้เคียงกับอะลูมิเนียม อะตอมของมันมีประจุ 4 หน่วยภายในนิวเคลียสของมัน ในตารางของธาตุอันยาวเหยียด เบริลเลียมจัดอยู่ในลำดับที่ 4 ถัดจากไฮโดรเจน ฮีเลียม และลิเทียม ทีนี้เมื่ออัดอนุภาคแอลฟาเข้าไปที่นิวเคลียสของเบริลเลียม สิ่งที่น่าพิศวงก็ได้บังเกิดขึ้น แต่ในระยะนั้นเป็นช่วงเวลาที่นักฟิสิกส์นิวเคลียร์ยังคงตีบตันที่จะอธิบายเรื่องนี้ จนในที่สุดในปี ค.ศ. 1932 นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ คือ เซอร์เจมส์ แชดวิก ก็สามารถที่จะปะติดปะต่อเรื่องราวได้สำเร็จ |