Atomy a zlato
V roce 1911 Rutherford a jeho spolupracovníci Hans Geiger a Ernest Marsden zahájili sérii převratných experimentů, které zcela změnily uznávaný model atomu. Bombardovali velmi tenké pláty zlaté fólie rychle se pohybujícími částicemi alfa.
Obrázek \(\PageIndex{2}\) (A) Experimentální uspořádání Rutherfordova pokusu se zlatou fólií: Radioaktivní prvek, který emitoval částice alfa, byl nasměrován na tenký plát zlaté fólie, který byl obklopen stíněním umožňujícím detekci odražených částic. (B) Podle modelu švestkového pudinku (nahoře) měly všechny částice alfa projít zlatou fólií s malým nebo žádným vychýlením. Rutherford zjistil, že malé procento částic alfa bylo vychýleno pod velkým úhlem, což lze vysvětlit atomem s velmi malým, hustým, kladně nabitým jádrem ve svém středu (dole).
Podle přijatého atomového modelu, v němž jsou hmotnost a náboj atomu rovnoměrně rozloženy v celém atomu, vědci očekávali, že všechny částice alfa projdou zlatou fólií jen s malým vychýlením nebo vůbec. Překvapivě, jak ukazuje obrázek \(\PageIndex{2}\) (zatímco většina částic alfa byla skutečně neodražená, velmi malé procento (asi 1 z 8000 částic) se od zlaté fólie odrazilo pod velmi velkým úhlem. Některé byly dokonce přesměrovány zpět ke zdroji. Na tento objev je nepřipravily žádné předchozí znalosti. Ve slavném citátu Rutherford vykřikl, že je to „jako kdybyste vystřelili patnáctipalcovou střelu na kus tkáně a ona se vrátila a zasáhla vás“.
Rutherford musel přijít se zcela novým modelem atomu, aby mohl vysvětlit své výsledky. Protože naprostá většina částic alfa prošla zlatem, usoudil, že většina atomu je prázdný prostor. Naopak na částice, které byly silně vychýleny, musela uvnitř atomu působit nesmírně silná síla. Došel k závěru, že veškerý kladný náboj a většina hmotnosti atomu musí být soustředěna ve velmi malém prostoru uvnitř atomu, který nazval jádro. Jádro je malé, husté, centrální jádro atomu a skládá se z protonů a neutronů.
Rutherfordův atomový model se stal známým jako jaderný model. V jaderném atomu se protony a neutrony, které tvoří téměř veškerou hmotnost atomu, nacházejí v jádře ve středu atomu. Elektrony jsou rozmístěny kolem jádra a zabírají většinu objemu atomu. Je třeba zdůraznit, jak malé je jádro ve srovnání se zbytkem atomu. Kdybychom mohli atom zvětšit na velikost velkého profesionálního fotbalového stadionu, bylo by jádro velké asi jako kulička.
Rutherfordův model se ukázal jako důležitý krok k úplnému pochopení atomu. Neřešil však zcela povahu elektronů a způsob, jakým zaujímají rozsáhlý prostor kolem jádra. Za tento a další poznatky získal Rutherford v roce 1908 Nobelovu cenu za chemii. Bohužel Rutherford by raději obdržel Nobelovu cenu za fyziku, protože fyziku považoval za nadřazenou chemii. Podle jeho názoru je „celá věda buď fyzika, nebo sbírání známek“.