Die Existenz eines fast punktförmigen, aber sehr schweren, positiv geladenen Kerns in einem Atom wurde vom englischen Physiker Ernest nachgewiesen Rutherforth-Haus.

In den Jahren 1906-1912. Er untersuchte den Durchgang von α-Teilchen mit Energien von mehreren MeV durch dünne Platten (Folien) aus Gold und anderen Metallen. Die meisten Partikel flogen durch die Folie, praktisch ohne ihre Bewegungsrichtung zu ändern. Aber einige von ihnen sind stark von ihrem Weg abgewichen. Bei einer Foliendicke von 1 Mikrometer wurde durchschnittlich nur 1 von 10.000 Partikeln um einen Winkel größer als 90° abgelenkt. Das schien ziemlich seltsam, da ein Alphateilchen beim Flug durch die Folie mehrere tausend Atome passieren muss.

Solche seltenen, erzwungenen Interaktionen Rutherford Gehen Sie davon aus, dass die Masse in der Substanz nicht gleichmäßig verteilt ist, sondern in Form einzelner, sehr kleiner Klumpen. Die meisten Partikel fliegen zwischen diesen Klumpen hindurch und nur diejenigen, die in sie hineinfallen, werden verstreut. Da die Atome in einem Festkörper ziemlich nahe beieinander liegen und die Abstände zwischen ihnen ungefähr den Abmessungen des Atoms selbst entsprechen, können es sich nicht um diese Klumpen handeln. Deshalb Rutherford Ich kam zu dem Schluss, dass die Substanz im Zentrum des Atoms, in seinem „Kern“, konzentriert ist.

Zum Zeitpunkt seiner Experimente hatte der Wissenschaftler bereits Ladung und Masse von α-Teilchen ermittelt. Er wusste, dass Alphateilchen eine positive Ladung tragen, doppelt so viel wie ein Elektron, und dass sie ziemlich schwer sind, etwa 7000-mal schwerer als Elektronen. Werden Alphateilchen durch Kerne abgelenkt, tragen auch die Kerne eine positive Ladung.

Rutherford berechnete die Anteile der Teilchen, die durch Punktkerne in bestimmte Winkelintervalle gestreut werden sollten. Die Ergebnisse von Berechnungen und Experimenten stimmen hervorragend überein, wenn wir die Kernladung gleich setzen Z|e|, Wo Z ist die Ordnungszahl des Elements, aus dem die Folie besteht.

Es ist interessant festzustellen, dass die Daten Rutherfords Experimente im Vergleich zu Berechnungen im Rahmen der klassischen Physik. Wie sich jedoch nach der Entstehung der Quantenmechanik herausstellte, war die „klassische“ Formel, die er zur Beschreibung der Streuung von α-Teilchen erhielt ( Rutherfords Formel) gilt auch in der Quantenphysik. Er war sehr stolz auf diese Tatsache. Denn um die Berechnungen selbst durchführen zu können, belegte Rutherford gemeinsam mit seinen Studenten extra einen Kurs in Wahrscheinlichkeitstheorie, obwohl er zu diesem Zeitpunkt bereits Nobelpreisträger, Laborleiter und anerkannter Meister der Experimentalphysik war!

Basierend auf den Ergebnissen Rutherfords Experimente Es ist möglich, die Obergrenze der Kerngröße abzuschätzen. Dazu ermitteln wir den Mindestabstand R, zu dem ein α-Teilchen mit Energie gehört E Verwandte können sich dem Kern nähern. Bei maximaler Annäherung an den Kern wandelt sich die kinetische Energie des α-Teilchens in die potentielle Energie der Coulomb-Wechselwirkung um:

E kin = 2 keZe/R.

Bei E-kin in der Größenordnung von mehreren MeV, und das waren die Energien der α-Teilchen in Rutherfords Experimente, wir bekommen: R~ 10 -14 m. In seinen Berechnungen ging Rutherford davon aus, dass der Kern punktförmig war, sodass argumentiert werden kann, dass die Abmessungen der Kerne den erhaltenen Wert nicht überschreiten und bis zu Entfernungen von ~10 -14 m die Wechselwirkung von α -Teilchen mit Kernen sind in der Natur Coulomb-artig. Zwar wurden bei Partikeln, die einen Frontalzusammenstoß erlebten und um fast 180° abwichen, geringfügige Unterschiede in der Verteilung beobachtet, die sich aus dem Coulomb-Gesetz ergab. Dies deutete darauf hin, dass bei Entfernungen von weniger als ~10 -14 m andere, nicht elektrostatische Kräfte zu wirken beginnen. Jetzt wissen wir, dass in solchen Entfernungen ein starker ( nuklear) Interaktion. Material von der Website

Auf diese Weise, Rutherford stellte 1911 fest, dass in Atomen Kerne vorhanden sind, deren Größe mindestens 104-mal kleiner ist als die Größe von Atomen und in denen fast die gesamte Masse des Atoms konzentriert ist. Nach Rutherfords Experimente Es wurde deutlich, dass Materie hauptsächlich aus „Leere“ besteht. Und für seine Forschung erhielt Rutherford in der wissenschaftlichen Welt den Titel „Vater der Atomtheorie“.

Rutherford untersuchte die Struktur von Atomen, indem er sie mit Alphateilchen beschoss. Er sagte oft: „ZerschlagenDieAtom" —„Zerbrich das Atom.“ Bisher ist der Beschuss mit hochenergetischen Teilchen die Hauptmethode zur Untersuchung der Struktur von Mikroobjekten; nur die Werkzeuge haben sich geändert. Es wurden genauere Aufzeichnungsgeräte, Methoden zur Computerverarbeitung der Ergebnisse und vor allem moderne leistungsstarke Beschleuniger geschaffen, die es ermöglichen, bombardierende Teilchen mit sehr hohen Energien zu erhalten.

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Rutherford schlug die Verwendung atomarer Sondierungen mit Alphateilchen vor. Die Masse des α-Teilchens ist etwa 7300 größer als die Masse von e, und die Ladung ist im absoluten Wert gleich 2e. Mit diesen Teilchen beschoss Rutherford Schwermetallatome. Elektronen, die in ein Atom eindringen, können aufgrund ihrer geringen Masse die Flugbahn des Teilchens nicht wesentlich verändern. Streuung kann nur durch den schweren, positiv geladenen Teil des Atoms verursacht werden. In den Weg eines Alphateilchens, das mit einer Geschwindigkeit von cm/s aus einer radioaktiven Quelle austritt, wurde eine dünne Goldfolie gelegt – ein Netz mit einer Dicke von 1 Mikrometer, was 10 entspricht Atomschichten. In einiger Entfernung vom Ziel befindet sich ein Fluoreszenzschirm, auf dem Blitze von α-Teilchen aufgezeichnet werden. Die Erfahrung hat gezeigt, dass die überwiegende Zahl der α-Teilchen in kleinen Winkeln (2-3 Grad) abgelenkt wird, jedoch etwa ein Teilchen pro 10 Herabfallende wurden in einem großen Winkel abgelenkt, sogar um 180 Grad. Auf dieser Grundlage schlug Rutherford vor, dass ein Atom ein Ladungssystem ist, in dessen Zentrum sich ein schwerer positiver Kern mit einer Ladung Ze befindet, dessen Abmessungen 10 nicht überschreiten

1. Ableitung der Rutherford-Formel für die α-Teilchenstreuung.

Impuls aufgrund von Streuung, wobei m die Masse des Teilchens und v die Anfangsgeschwindigkeit ist. Nach Newtons 2. Gesetz , wobei die Kraftprojektion auf Δp.F= ist Ersetzen Sie es dann durch das vorherige und erhalten Sie
,;
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; ; ;

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Der letzte Ausdruck wird Rutherfords Formel für die Streuung von α-Teilchen genannt.

1. Konsequenzen aus Rutherfords Experimenten.

Basierend auf seinen Experimenten zog Rutherford Schlussfolgerungen: Ein Atom ist ein Ladungssystem, in dessen Zentrum sich ein schwerer positiver Kern mit einer Ladung Ze befindet, dessen Abmessungen 10 nicht überschreiten
cm, und um den Kern herum sind Z-Elektronen über das gesamte vom Atom eingenommene Volumen verteilt. Fast die gesamte Masse eines Atoms ist im Kern konzentriert.

1. Experimentelle Bestimmung der Kernladung mit der Chadwick-Methode.

Die Streufolie hatte die Form eines Rings A A", das radioaktive Präparat R (eine Quelle für Alphateilchen) und der Fluoreszenzschirm S aus ZnS waren in gleichen Abständen davon auf der Ringachse angebracht. Um die Szintillationen von Alpha zu zählen Um die von der Folie gestreuten Partikel abzuschirmen, wurde das Loch des Rings A A" mit einem für Alpha-Partikel undurchsichtigen Schirm abgedeckt. Im Gegensatz dazu wurden bei Messung I die Szintillationen gezählt, wenn das Loch frei war und der Ring A A" geschlossen war. Da in diesem Fall die Anzahl der Szintillationen sehr groß war, wurde zu ihrer Reduzierung eine rotierende Scheibe mit schmalem Ausschnitt vormontiert des Bildschirms S. Wenn man die Breite des Ausschnitts kennt und die Anzahl der Szintillationen zählt, kann I berechnet werden. Ersetzen Sie die Daten in
(reduzierte Rutherford-Formel). Chadwick fand Z = 77,4 für Platin, Z = 46,3 für Silber und Z = 29,3 für Kupfer.

1. Rutherfords Planetenmodell des Atoms.

Ein Atom besteht aus einem kleinen, positiv geladenen Kern, der fast die gesamte Masse des Atoms enthält, um den sich Elektronen bewegen, genau wie sich die Planeten um die Sonne bewegen. Das Planetenmodell des Atoms entspricht modernen Vorstellungen über die Struktur des Atoms und berücksichtigt die Tatsache, dass die Bewegung von Elektronen Quantennatur ist und nicht durch die Gesetze der klassischen Mechanik beschrieben wird, denn wenn sich Elektronen um den Kern bewegen Wie Planeten um die Sonne wird ihre Bewegung beschleunigt und sie müssten daher nach den Gesetzen der klassischen Elektrodynamik elektromagnetische Wellen aussenden, Energie verlieren und auf den Kern fallen.

Ausbildung

Rutherfords Alpha-Teilchenstreuexperiment (kurz)

2. April 2017

Ernest Rutherford ist einer der Begründer der grundlegenden Lehre vom inneren Aufbau des Atoms. Der Wissenschaftler wurde in England in einer Einwandererfamilie aus Schottland geboren. Rutherford war das vierte Kind seiner Familie und erwies sich als das talentierteste. Es gelang ihm, einen besonderen Beitrag zur Theorie des Atomaufbaus zu leisten.

Erste Ideen zum Aufbau des Atoms

Es sei darauf hingewiesen, dass vor der Durchführung von Rutherfords berühmtem Experiment zur Streuung von Alphateilchen die damals vorherrschende Vorstellung über die Struktur des Atoms das Thompson-Modell war. Dieser Wissenschaftler war sich sicher, dass die positive Ladung das gesamte Volumen des Atoms gleichmäßig ausfüllte. Negativ geladene Elektronen, so glaubte Thompson, waren darin durchsetzt.

Voraussetzungen für eine wissenschaftliche Revolution

Nach dem Schulabschluss erhielt Rutherford als begabtester Schüler ein Stipendium von 50 Pfund für die weitere Ausbildung. Dank dessen konnte er in Neuseeland ein College besuchen. Als nächstes besteht der junge Wissenschaftler Prüfungen an der University of Canterbury und beginnt, sich ernsthaft mit Physik und Chemie zu beschäftigen. Im Jahr 1891 hielt Rutherford seinen ersten Vortrag über „Die Evolution der Elemente“. Zum ersten Mal in der Geschichte wurde darin die Idee dargelegt, dass Atome komplexe Strukturen sind.

Zu dieser Zeit dominierte Daltons Idee, dass Atome unteilbar seien, die wissenschaftlichen Kreise. Für alle um Rutherford herum schien seine Idee völlig verrückt zu sein. Der junge Wissenschaftler musste sich ständig bei seinen Kollegen für seinen „Unsinn“ entschuldigen. Aber nach 12 Jahren gelang es Rutherford immer noch, zu beweisen, dass er Recht hatte. Rutherford hatte die Gelegenheit, seine Forschung am Cavendish Laboratory in England fortzusetzen, wo er begann, die Prozesse der Luftionisierung zu untersuchen. Rutherfords erste Entdeckung waren Alpha- und Betastrahlen.

Rutherfords Erfahrung

Die Entdeckung lässt sich kurz wie folgt beschreiben: 1912 führte Rutherford zusammen mit seinen Assistenten sein berühmtes Experiment durch – Alphateilchen wurden aus einer Bleiquelle emittiert. Alle Partikel, mit Ausnahme derjenigen, die vom Blei absorbiert wurden, bewegten sich entlang des installierten Kanals. Ihr schmaler Strahl fiel auf eine dünne Folienschicht. Diese Linie verlief senkrecht zum Blatt. Rutherfords Experiment zur Streuung von Alphateilchen bewies, dass Teilchen, die direkt durch eine Folie hindurchdrangen, sogenannte Szintillationen auf dem Bildschirm verursachten.

Dieser Schirm war mit einer speziellen Substanz beschichtet, die zu leuchten begann, wenn Alphateilchen darauf trafen. Der Raum zwischen der Goldfolienschicht und dem Bildschirm wurde mit Vakuum gefüllt, um zu verhindern, dass Alpha-Partikel in die Luft gestreut werden. Mit einem solchen Gerät konnten Forscher die Streuung von Partikeln in einem Winkel von etwa 150° beobachten.

Wenn die Folie nicht als Hindernis vor dem Alphateilchenstrahl verwendet wurde, bildete sich auf dem Bildschirm ein heller Szintillationskreis. Doch sobald eine Barriere aus Goldfolie vor ihren Strahl gelegt wurde, änderte sich das Bild stark. Blitze traten nicht nur außerhalb dieses Kreises auf, sondern auch auf der gegenüberliegenden Seite der Folie. Rutherfords Experiment zur Streuung von Alphateilchen zeigte, dass die meisten Teilchen die Folie passierten, ohne dass sich ihre Flugbahn merklich änderte.

Dabei wurden einige Partikel in einem recht großen Winkel abgelenkt und sogar zurückgeschleudert. Von 10.000 Teilchen, die frei durch eine Goldfolienschicht strömten, wurde nur eines um einen Winkel von mehr als 10° abgelenkt – ausnahmsweise wurde eines der Teilchen um einen solchen Winkel abgelenkt.

Der Grund, warum Alphateilchen abgelenkt wurden

Was Rutherfords Experiment im Detail untersuchte und bewies, ist die Struktur des Atoms. Diese Situation deutete darauf hin, dass es sich bei dem Atom nicht um eine kontinuierliche Formation handelt. Die meisten Partikel passierten die ein Atom dicke Folie ungehindert. Und da die Masse eines Alphateilchens fast 8.000-mal größer ist als die Masse eines Elektrons, konnte letzteres die Flugbahn des Alphateilchens nicht wesentlich beeinflussen. Dies konnte nur der Atomkern leisten – ein kleiner Körper, der fast die gesamte Masse und die gesamte elektrische Ladung des Atoms besitzt. Für den englischen Physiker war dies damals ein bedeutender Durchbruch. Rutherfords Erfahrung gilt als einer der wichtigsten Schritte in der Entwicklung der Wissenschaft der inneren Struktur des Atoms.

Weitere Entdeckungen, die bei der Untersuchung des Atoms gemacht wurden

Diese Studien lieferten den direkten Beweis dafür, dass sich die positive Ladung eines Atoms im Inneren seines Kerns befindet. Dieser Bereich nimmt im Vergleich zu seinen Gesamtabmessungen einen sehr kleinen Raum ein. In einem so kleinen Volumen erwies sich eine Streuung von Alphateilchen als sehr unwahrscheinlich. Und jene Teilchen, die in der Nähe des Atomkerns vorbeizogen, erfuhren starke Abweichungen von der Flugbahn, weil die Abstoßungskräfte zwischen dem Alphateilchen und dem Atomkern sehr stark waren. Rutherfords Experiment zur Streuung von Alphateilchen bewies die Wahrscheinlichkeit, dass ein Alphateilchen direkt auf den Kern trifft. Die Wahrscheinlichkeit war zwar sehr gering, aber immer noch nicht Null.

Dies war nicht die einzige Tatsache, die Rutherfords Erfahrung bewies. Die Struktur des Atoms wurde von seinen Kollegen kurz untersucht, die eine Reihe weiterer wichtiger Entdeckungen machten. Abgesehen von der Lehre, dass Alphateilchen sich schnell bewegende Heliumkerne sind.

Der Wissenschaftler konnte den Aufbau eines Atoms beschreiben, bei dem der Kern einen kleinen Teil des Gesamtvolumens einnimmt. Seine Experimente bewiesen, dass fast die gesamte Ladung eines Atoms in seinem Kern konzentriert ist. In diesem Fall treten sowohl Fälle der Ablenkung von Alphateilchen als auch Fälle ihrer Kollision mit dem Kern auf.

Rutherfords Experimente: Kernmodell des Atoms

Im Jahr 1911 schlug Rutherford nach zahlreichen Studien ein Modell der Atomstruktur vor, das er planetarisch nannte. Nach diesem Modell befindet sich im Inneren des Atoms ein Kern, der fast die gesamte Masse des Teilchens enthält. Elektronen bewegen sich um den Kern auf ähnliche Weise wie Planeten um die Sonne. Aus ihrer Kombination entsteht eine sogenannte Elektronenwolke. Das Atom hat eine neutrale Ladung, wie Rutherfords Experiment zeigte.

Die Struktur des Atoms wurde später für einen Wissenschaftler namens Niels Bohr interessant. Er war es, der Rutherfords Lehre vollendete, denn vor Bohr begann das Planetenmodell des Atoms auf Schwierigkeiten bei der Erklärung zu stoßen. Da sich das Elektron mit Beschleunigung auf einer bestimmten Umlaufbahn um den Kern bewegt, muss es früher oder später auf den Atomkern fallen. Niels Bohr konnte jedoch nachweisen, dass im Inneren des Atoms die Gesetze der klassischen Mechanik nicht mehr gelten.

α-Teilchen sind vollständig ionisierte Heliumatome. Sie wurden 1899 von Rutherford entdeckt, als er das Phänomen der Radioaktivität untersuchte. Mit diesen Teilchen beschoss Rutherford Atome schwerer Elemente (Gold, Silber, Kupfer usw.). Die Elektronen, aus denen die Atome bestehen, können aufgrund ihrer geringen Masse die Flugbahn des α-Teilchens nicht merklich verändern. Streuung, also eine Änderung der Bewegungsrichtung von α-Teilchen, kann nur durch den schweren, positiv geladenen Teil des Atoms verursacht werden.

Von einer radioaktiven Quelle, die in einem Bleibehälter eingeschlossen war, wurden Alphateilchen auf eine dünne Metallfolie gerichtet. Verstreute Partikel fielen auf einen Schirm, der mit einer Schicht aus Zinksulfidkristallen bedeckt war und leuchten konnte, wenn sie von schnell geladenen Partikeln getroffen wurden. Szintillationen (Blitze) auf dem Bildschirm wurden mit dem Auge unter einem Mikroskop beobachtet. Beobachtungen gestreuter α-Teilchen im Rutherford-Experiment konnten in verschiedenen Winkeln φ zur ursprünglichen Strahlrichtung durchgeführt werden. Es wurde festgestellt, dass die meisten α-Partikel eine dünne Metallschicht mit geringer oder keiner Ablenkung passieren. Allerdings wird ein kleiner Teil der Partikel in erheblichen Winkeln über 30° abgelenkt. Sehr seltene Alphateilchen (etwa eines von zehntausend) wurden in Winkeln nahe 180° abgelenkt.

Diese Überlegungen führten Rutherford zu dem Schluss, dass das Atom fast leer ist und seine gesamte positive Ladung in einem kleinen Volumen konzentriert ist. Rutherford nannte diesen Teil des Atoms den Atomkern. So entstand das Kernmodell des Atoms.

So führten die Experimente von Rutherford und seinen Kollegen zu dem Schluss, dass sich im Zentrum des Atoms ein dichter, positiv geladener Kern befindet, dessen Durchmesser 10–14–10–15 m nicht überschreitet. Dieser Kern nimmt nur 10 ein –12 des Gesamtvolumens des Atoms, enthält aber die gesamte positive Ladung und mindestens 99,95 % seiner Masse. Der Substanz, aus der der Atomkern besteht, hätte eine kolossale Dichte in der Größenordnung von ρ ≈ 10 15 g/cm 3 zugeschrieben werden müssen. Die Ladung des Kerns muss gleich der Gesamtladung aller Elektronen sein, aus denen das Atom besteht. Anschließend konnte festgestellt werden, dass, wenn man die Ladung eines Elektrons als eins annimmt, die Ladung des Kerns genau der Nummer eines bestimmten Elements im Periodensystem entspricht.

Die radikalen Schlussfolgerungen über die Struktur des Atoms, die sich aus Rutherfords Experimenten ergaben, ließen viele Wissenschaftler an ihrer Gültigkeit zweifeln. Rutherford selbst bildete keine Ausnahme und veröffentlichte die Ergebnisse seiner Forschung erst 1911, zwei Jahre nach der Durchführung der ersten Experimente. Basierend auf klassischen Vorstellungen über die Bewegung von Mikropartikeln schlug Rutherford ein Planetenmodell des Atoms vor. Nach diesem Modell befindet sich im Zentrum des Atoms ein positiv geladener Kern, in dem fast die gesamte Masse des Atoms konzentriert ist. Das Atom als Ganzes ist neutral. Elektronen rotieren wie Planeten um den Kern unter dem Einfluss der Coulomb-Kräfte des Kerns (Abb. 6.1.4). Elektronen können nicht ruhen, da sie sonst auf den Kern fallen würden.

Ein Atom besteht aus einem kompakten und massiven positiv geladenen Kern und negativ geladenen Lichtelektronen um ihn herum.

Ernest Rutherford ist insofern ein einzigartiger Wissenschaftler, als er seine wichtigsten Entdeckungen bereits gemacht hatte nach Erhalt des Nobelpreises. Im Jahr 1911 gelang ihm ein Experiment, das es Wissenschaftlern nicht nur ermöglichte, tief in das Atom zu blicken und Einblicke in seine Struktur zu gewinnen, sondern auch zum Vorbild für Anmut und Tiefe des Designs wurde.

Unter Verwendung einer natürlichen Quelle radioaktiver Strahlung baute Rutherford eine Kanone, die einen gerichteten und fokussierten Partikelstrom erzeugte. Bei der Waffe handelte es sich um einen Bleikasten mit einem schmalen Schlitz, in dem radioaktives Material platziert wurde. Dadurch wurden Partikel (in diesem Fall Alpha-Partikel, bestehend aus zwei Protonen und zwei Neutronen), die von der radioaktiven Substanz in alle Richtungen bis auf eine emittiert wurden, vom Bleischirm absorbiert und nur ein gerichteter Strahl von Alpha-Partikeln wurde durch den Schlitz freigesetzt . Weiter entlang des Strahlwegs befanden sich mehrere weitere Bleischirme mit schmalen Schlitzen, die Partikel abschneiden, die von einer genau festgelegten Richtung abweichen. Dadurch flog ein perfekt fokussierter Strahl aus Alphateilchen auf das Ziel zu, und das Ziel selbst war ein dünnes Blatt Goldfolie. Es war der Alphastrahl, der sie traf. Nach der Kollision mit den Folienatomen setzten die Alphateilchen ihren Weg fort und trafen auf einen hinter dem Ziel installierten Leuchtschirm, auf dem beim Auftreffen der Alphateilchen Blitze aufgezeichnet wurden. Daraus konnte der Experimentator abschätzen, in welcher Menge und wie stark Alphateilchen durch Kollisionen mit Folienatomen von der Richtung der geradlinigen Bewegung abweichen.

Experimente dieser Art wurden bereits durchgeführt. Ihre Hauptidee bestand darin, aus den Winkeln der Teilchenablenkung genügend Informationen zu sammeln, um etwas Bestimmtes über die Struktur des Atoms sagen zu können. Bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts wussten Wissenschaftler, dass das Atom negativ geladene Elektronen enthält. Die vorherrschende Vorstellung war jedoch, dass das Atom so etwas wie ein positiv geladenes feines Gitter sei, das mit negativ geladenen Rosinenelektronen gefüllt sei – ein Modell, das als „Rosinengittermodell“ bezeichnet wird. Basierend auf den Ergebnissen solcher Experimente konnten Wissenschaftler einige Eigenschaften von Atomen herausfinden – insbesondere die Reihenfolge ihrer geometrischen Größen abschätzen.

Rutherford stellte jedoch fest, dass keiner seiner Vorgänger auch nur versucht hatte, experimentell zu testen, ob einige Alphateilchen in sehr großen Winkeln abgelenkt wurden. Das Rosinengittermodell berücksichtigte einfach nicht die Existenz von Strukturelementen im Atom, die so dicht und schwer waren, dass sie schnelle Alphateilchen in erheblichen Winkeln ablenken könnten, sodass sich niemand die Mühe machte, diese Möglichkeit zu testen. Rutherford bat einen seiner Studenten, die Anlage so umzurüsten, dass die Streuung von Alphateilchen bei großen Ablenkungswinkeln beobachtet werden könne – nur um sein Gewissen zu bereinigen, um diese Möglichkeit völlig auszuschließen. Der Detektor war ein mit Natriumsulfid beschichteter Schirm, ein Material, das einen fluoreszierenden Blitz erzeugt, wenn ein Alphateilchen darauf trifft. Stellen Sie sich vor, wie überrascht nicht nur der Student war, der das Experiment direkt durchführte, sondern auch Rutherford selbst, als sich herausstellte, dass einige Teilchen in Winkeln von bis zu 180° abgelenkt wurden!

Im Rahmen des etablierten Atommodells war das Ergebnis nicht interpretierbar: Es gibt einfach nichts im Rosinengitter, das ein starkes, schnelles und schweres Alphateilchen widerspiegeln könnte. Rutherford musste zu dem Schluss kommen, dass in einem Atom der größte Teil der Masse in einer unglaublich dichten Substanz konzentriert ist, die sich im Zentrum des Atoms befindet. Und es stellte sich heraus, dass der Rest des Atoms um viele Größenordnungen weniger dicht war als bisher angenommen. Aus dem Verhalten gestreuter Alphateilchen folgte auch, dass in diesen superdichten Zentren des Atoms, die Rutherford nannte Kerne, wird auch die gesamte positive elektrische Ladung des Atoms konzentriert, da nur die Kräfte der elektrischen Abstoßung eine Streuung von Teilchen in Winkeln größer als 90° bewirken können.

Jahre später verwendete Rutherford gern diese Analogie zu seiner Entdeckung. In einem südafrikanischen Land wurden Zollbeamte gewarnt, dass eine große Waffenlieferung für Rebellen ins Land geschmuggelt werden würde und die Waffen in Baumwollballen versteckt würden. Und nun, nach dem Entladen, steht dem Zollbeamten eine ganze Lagerhalle voller Baumwollballen gegenüber. Wie kann er feststellen, welche Ballen Gewehre enthalten? Der Zollbeamte löste das Problem einfach: Er begann, auf die Ballen zu schießen, und wenn die Kugeln von einem Ballen abprallten, identifizierte er die Ballen anhand dieses Zeichens als geschmuggelte Waffen. Als Rutherford sah, wie Alphateilchen von der Goldfolie abprallten, erkannte er, dass im Inneren des Atoms eine viel dichtere Struktur verborgen war als erwartet.

Das von Rutherford auf der Grundlage der Ergebnisse seines Experiments gezeichnete Bild des Atoms ist uns heute gut bekannt. Ein Atom besteht aus einem superdichten, kompakten Kern, der eine positive Ladung trägt, und negativ geladenen Lichtelektronen um ihn herum. Später lieferten Wissenschaftler eine verlässliche theoretische Grundlage für dieses Bild ( cm. Bohr-Atom), aber alles begann mit einem einfachen Experiment mit einer kleinen Probe radioaktiven Materials und einem Stück Goldfolie.

Siehe auch:

Ernest Rutherford, Erster Baron Rutherford von Nelson, 1871-1937

Neuseeländischer Physiker. Geboren in Nelson als Sohn eines Handwerksbauern. Erhielt ein Stipendium für ein Studium an der University of Cambridge in England. Nach seinem Abschluss wurde er an die kanadische McGill University berufen, wo er zusammen mit Frederick Soddy (1877–1966) die Grundgesetze des Phänomens der Radioaktivität aufstellte, wofür er 1908 den Nobelpreis für Chemie erhielt. Bald wechselte der Wissenschaftler an die Universität Manchester, wo Hans Geiger (1882-1945) unter seiner Leitung seinen berühmten Geigerzähler erfand, mit der Erforschung der Struktur des Atoms begann und 1911 die Existenz des Atomkerns entdeckte. Während des Ersten Weltkriegs war er an der Entwicklung von Sonaren (akustischen Radargeräten) zur Ortung feindlicher U-Boote beteiligt. 1919 wurde er zum Professor für Physik und Direktor des Cavendish Laboratory an der Universität Cambridge ernannt und entdeckte im selben Jahr den Kernzerfall als Folge des Beschusses durch hochenergetische schwere Teilchen. Rutherford behielt diese Position bis zu seinem Lebensende und war gleichzeitig viele Jahre lang Präsident der Royal Scientific Society. Er wurde in der Westminster Abbey neben Newton, Darwin und Faraday beigesetzt.