Rutherford-szórás – Extra
Történeti háttér
1911-ben az atomról már tudták, hogy semleges és található benne elektron, ami negatív töltésű részecske. Az atomnak tehát kell lennie egy pozitív töltésű részének
is. Az első feltételezések szerint az atom pozitív töltésű része egy folytonos
anyag, amely az atom teljes térfogatát kitölti, ebben a „masszában” találhatók
az elektronok. Ezt az atommodellt Joseph John Thomson angol fizikus – az elektron felfedezője – alkotta meg 1902-ben, amit szemléletesen pudingmodellnek
nevezték el.
Ez az atommodell azonban Lénárd Fülöp elektronszórási kísérletét követően megdőlt.
Lénárd elektronokkal bombázott vékony alumíniumfóliát, és azt tapasztalta, hogy
elektronok szinte teljes számban átjutottak a fólián. Ez viszont csak úgy
lehetséges, ha az atom belül üreges. A pozitív töltés így nem helyezkedhet el
atomi méretű anyagként az atomban, hanem nagyon kis helyre kell koncentrálódnia.
Ernest Rutherford angol fizikus és munkatársai 1911-ben végezték el azt a kísérletet, amelyben aranyfóliát bombáztak alfa-részecskékkel. A berendezést légritkított térbe helyezték, hogy a gázmolekulák ne zavarják az alfa-részecskék mozgását. A részecskék irányváltozását ZnS-tal bevont lemezzel követték, ebben a becsapódó részecskék hatására fényvillanások alakulnak ki. A ZnS-os lemezt egy
gömbfelület mentén mozgatták az aranylemez körül, így tudták vizsgálni az
eltérülés mértékét, és – a felvillanások száma alapján – az adott irányba
eltérült részecskék számát.
A mérési eredmények szerint az alfa-részecskék nagy része irányváltozás nélkül haladt át az aranyfólián, sokaknak változott a pályaalakja, és akadt olyan is, kb. minden százezredik részecske, amelyik „visszapattant” a fóliáról. Ez a kísérlet bebizonyította, hogy az atom üreges szerkezetű, benne a pozitív töltés nagyon kisméretű térrészben összpontosul, miközben nagyon nagy tömeggel rendelkezik. Ez a pozitív centrum az atommag, amelynek sugara számítások szerint kb. százezred
része az atom sugarának.