Як люди дізналися, з чого складаються атоми

Сусанна Казарян, США

Як поводиться допитливий малюк, коли йому набридло грати з іграшкою і він задумався про те, як ця іграшка працює. Він бере в руки важкий молоток. Ось так само фізики на початку 20-го століття, для того щоб розібратися з атомом, взяли в руки "молоток". Це був Е. Резерфорд. А до нього популярною була модель атома Томсона, де атом представляв собою кулю розміром

10⁻¹⁰ м з "розмазаним" по всьому об'єму позитивним зарядом і "плаваючими" в обсязі електронами. Але Резерфорд взяв в руки "молоток" в формі α-частинок, які випускаються радіоактивними елементами (разом з β і γ-частинками). Ось схема експерименту,

де випромінювач α-частинок (свинцевий контейнер з радіоактивною препаратом) зліва випускає α-частинки, що проходять через дірку в коліматорі прямо на тонку золоту пластинку (червона лінія). За платівкою розташований екран який реєструє по сцинтилляций (світіння) α-частинки, що проскочили через золоту пластинку. Відповідно до моделі Томсона, 2-х кратно позитивно заряджені α-частинки повинні були пройти через пластинку практично непоміченими (наскрізь), так як атоми пластинки нейтральні. Так все і очікували, в тому числі і Резерфорд.

Експеримент в основному збігся з очікуваним поведінкою α-частинок, крім дуже рідкісних розсіяння α-частинок на дуже великі кути (аж до зворотних напрямків), що вказувало на існування в атомі дуже масивного позитивно зарядженого розсіювача (ядра) дуже малих розмірів. Розрахунки Резерфорда показали, що розмір позитивного ядра атома золота повинен бути менше ніж 10⁻¹⁴ м, що в 10000 разів менше розміру атома. Нейтральність ж атома підказувала на орбітальні руху електронів навколо ядра. Ось так і народилася модель атома, запропонована Резерфордом, яка згодом була поліпшена квантуванням траєкторій електронів, використовуючи апарат квантової механіки.