Существуют две главных линии фактов, которые говорят нам более или менее недвусмысленно о том, каково должно быть значение спина ядра.
Обе они весьма привычны и могут быть вкратце подытожены. Первое и наилучшее доказательство дают перемежающиеся интенсивности в полосатых спектрах двухатомных молекул, в которых два атома идентичны — например молекулы Н — Н, N_14 — N_14 или O_16 — O_16 (но не О_10 — O_17, и т. п.)
Линейные молекулы, такие как ацетилен Н — C_12 = C_12 — Н, также дают доказательства такого же рода, но, конечно, здесь мы не получаем чего-либо нового, но только дальнейшее доказательство существования спина протона. Если спин ядра в таких молекулах есть n × h/2pi , то интенсивности линии в полосах чередуются в отношении (n + 1) : n. Этим путем мы находим с уверенностью следующие спины (список не исчерпывающий):
H 1/2 ; Не 0; N_14 1; О_12 0; O_16 0.
Более того, этим путем, мы находим наиболее недвусмысленные показания о типе статистики, которой удовлетворяют ядра; в частности, N14 удовлетворяет статистике Бозе-Эйнштейна, что вынуждает нас (вместе с другими сведениями) к глубокому и нарушающему обычное понимание заключению о том, что электроны в ядре не вносят ничего в спин или в статистический тип.
Второй тип данных исходит из деталей сверхтонкой структуры атомных спектров. Здесь мы имеем дело со всеми возмущениями, которые производит ядро в оптическом спектре, и не всегда легко отделить эффект спина от других, — как например, изотопный эффект. Тем не менее, оказалось возможным, особенно применением эффекта Зеемана, измененного эффектом Пашена-Бака для сверхтонкой структуры, определить с уверенностью спин для некоторых сортов атомов, в частности для Bi 9/2. Это определение имеет дело только с качественными данными. При употреблении количественных данных из ширины сверхтонкой структуры можно определить величину магнитного момента ядра, связанного со спином ядра. Этим путем было показано, что ядерные магнитные моменты по порядку величины являются протонными магнетонами Бора, т. е. составляют 1/2000 обычного магнетона Бора. Но более точное определение еще встречается с большими трудностями.
Вспомогательная группа спектроскопических данных, которая в будущем может оказаться очень полезной, связана с изучением деполяризации резонансного излучения способом Эллетта.
Пока эти пути являются главными путями, которыми может быть определен спин ядра; они не имеют близкого отношения к радиоактивным ядрам, и в настоящее время мы имеем небольшие надежды на прямое определение для таких ядер спина оптическими методами. Но тем не менее спин может иметь весьма существенное отношение к этим ядрам, как это было недавно показано Гамовым в письме в «Nature». Он сравнивает там правильные последовательности радиусов для урана — радиевого и ториевого рядов радиоактивных элементов, вычисленные по теории из наблюденной скорости распада, с неправильными последовательностями радиусов, выведенными для актиниевого ряда.
Он указывает, что это может быть следствием изменений спина ядра актиниевого ряда. Если спин меняется, a-частица должна унести соответствующий момент вращения, и формула для жизни ядра будет модифицирована. Наблюдаемые нерегулярности будут понятны, если в актиниевом ряду (атомные веса 4n + 3) могут встречаться изменения в спине на 3 единицы, в то время как они не встречаются в других рядах (веса 4n и 4n + 2).
Это кажется вполне возможным, но в настоящее время является еще, конечно, чистым умозрением.
Дискуссия состоялась 28 апреля 1932 г. в Лондонском королевском обществе