Эксперимент Резерфорда/Гейгера-Марсдена с золотой фольгой: что они на самом деле думали об альфа-частицах?

Большинство рассказов об эксперименте, в котором альфа-частицы обстреливали тонкую золотую фольгу, указывают на следующее:

  • тестируемой атомной моделью была модель сливового пудинга: отрицательно заряженные частицы (электроны), погруженные в диффузный объем противодействующего положительного заряда
  • поскольку положительный заряд рассеивается в золотой фольге, массивная положительно заряженная альфа-частица должна прорваться сквозь нее с минимальным отклонением.
  • в то время как почти все альфа-частицы прошли, незначительное меньшинство было сильно отклонено, некоторые даже отброшены назад
  • этот результат лучше объяснялся концентрацией положительного заряда в небольших объемах, разделенных пустым пространством.

Но если подумать, это кажется чрезмерным упрощением. Во-первых, подразумевается, что альфа-частица сама по себе плотная, и в некоторых рассказах даже цитируется аналогия Резерфорда с артиллерийским снарядом, выпущенным по папиросной бумаге и иногда отскакивающим назад. Однако если применить модель сливового пудинга к положительно заряженной альфа-частице, то положительный заряд будет распространяться в диффузном объеме. Используя аналогию, это будет стрелять папиросной бумагой в папиросную бумагу. В таком случае, почему они НЕ ожидали отклонения частиц?

Ответы (2)

Аналогия со сливовым пудингом — это всего лишь аналогия, и она рушится при таком пристальном рассмотрении. Они знали электрические заряды и связанные с ними массы, а также силы, создаваемые этими зарядами, и они занимались математикой. Если бы положительные заряды были распределены по всему объему атома, то альфа-частицы (с известными зарядом, массой и скоростью) не отклонялись бы слишком сильно, независимо от их собственного объема. Большие отклонения возникают только потому, что положительный заряд атома сосредоточен в очень малой части его общего объема.

Я поверю вам на слово, потому что я не понимаю математики в статье Резерфорда. Я добавлю кое-что, что я прочитал на более доступной веб-странице истории науки и присутствует в статье Резерфорда 1911 года: Резерфорд оставил вопрос о знаке обвинения открытым на пару лет. Опять же, я не понимаю математики, но я полагаю, что отрицательный заряд может отклонить приближающийся положительный заряд, как планета отклоняет комету.

Прежде чем Резерфорд провел этот эксперимент, физики уже получили некоторые представления о заряде, массе и радиусе электронов (например, Томсона и Милликена ), а также об альфа-частицах. Знание об альфа-частице пришло из изучения естественного излучения — альфа-распада, который также был источником альфа-частиц в эксперименте Резерфорда. Итак, если вам известны заряды и массы электронов и альфа-частиц, и вы хотите узнать массовое распределение положительно заряженной части материи, вы можете выстрелить лучом альфа-частиц, чтобы узнать это.

Я надеюсь, что это отвечает на ваш вопрос.