原子と金

1911年、ラザフォードと同僚のハンスガイガーとアーネストマースデンは、原子の受け入れモデルを完全に変更する一連の画期的な実験を開始しました。 彼らは非常に薄い金箔のシートに高速で動くアルファ粒子を浴びせました。

Figure \(\PageIndex{2}) (A) ラザフォードの金箔実験のセットアップです。 アルファ粒子を放出する放射性元素を薄い金箔に向け、その周りをスクリーンで囲み、偏向した粒子を検出する。 (B）プラムプディングのモデル（上）によれば、アルファ粒子はすべて金箔を通過し、ほとんどあるいは全く偏向しないはずである。 ラザフォードは、ごく一部のアルファ粒子が大きな角度で偏向していることを発見しましたが、これは原子の中心に非常に小さく高密度の正電荷の原子核があることで説明できます（下）

原子の質量と電荷が原子全体に均一に分布しているという原子モデルによれば、科学者はアルファ粒子のすべてが、わずかに偏向するか全くせずに金箔を通過すると予想したのです。 ところが、図に示すように、ごく一部の粒子（8000個に1個程度）が、金箔の上で大きな角度をつけて跳ね返ったのです。 中には、線源に戻されるものもあった。 この発見には、何の予備知識もなかった。 ラザフォードは、「まるで15インチの砲弾を組織の一部に向けて発射したら、それが戻ってきて自分に命中したようだ」と叫んだ。 アルファ粒子の大部分は金を通過したため、彼は原子の大部分は空の空間であると推論した。 それに対して、大きく偏向した粒子は、原子の中でとてつもなく大きな力を受けたに違いない。 彼は、原子の正電荷のすべてと質量の大部分が、原子内部の非常に小さな空間（核と呼ばれる）に集中しているに違いないと結論づけた。 核は原子の中心核で、陽子と中性子で構成されている。 核型原子では、原子の質量のほぼすべてを構成する陽子と中性子が、原子の中心にある原子核に位置している。 電子は原子核の周囲に分布し、原子のほとんどの体積を占めている。 原子核が他の部分と比べていかに小さいかは、特筆に価する。 ラザフォードのモデルは、原子を完全に理解するための重要なステップであることが証明されました。 しかし、電子の性質や、電子が原子核の周りの広大な空間をどのように占めるかについては、完全には解明されていなかった。 ラザフォードは、この発見とその他の洞察により、1908年にノーベル化学賞を受賞した。 残念ながら、ラザフォードは物理学の方が化学より優れていると考えていたので、ノーベル物理学賞の受賞を希望していた。 彼の考えでは、「すべての科学は物理学か切手収集のどちらかである」

のである。