卢瑟福和a粒子散射实验

                                                   李秉铎

   英国物理学家汤姆生在1879年发现了电子，并由此提出了“枣糕型”的原子模型。卢瑟福是汤姆生的学生，他对放射性实验和理论进行了深入的研究，取得了显著成绩。为了探测原子内部的电荷分布，他和助手盖革.马斯登一起利用镭释放出的a粒子来轰击金箔。当时科学家们使用的仪器都很简陋，实验时用一小块硫化锌屏幕，a粒子打到它上面，会发出微弱的闪光，用显微镜对着屏幕，一个一个地计数，再移动显微镜的位置，分别读取不同位置的闪烁数，就可以对a粒子的分布作出精确的统计。在整个实验过程中，观测者要守在暗室中，眼睛始终盯住屏幕，一个不漏地计数，几个小时连续工作，就会头昏眼花，劳累不堪。卢瑟福和他的助手们就是用这种简陋的设备和直观的方法，借助于a粒子的撞击效果，发现了原子核的存在。

　　实验用的全箔厚度不到千分之一毫米，但仍有２０００个原子形成一堵“原子墙”。卢瑟福在实验中发现绝大多数a粒子轻而易举就穿透了金箔，即几乎不受任何阻碍地穿透２０００个金厚的排列层，运动方向不变。这正表明原子不是一个坚实的球体，原子的内部绝大部分是空的。按汤姆生的原子模型，原子内正电荷均匀分布，对a粒子的运动不会产生大的阻碍，而集中分布的电子，其质量仅是a粒子的７３００分之一，以较大速度运动的a粒子碰上电子，犹如运动的子弹碰到尘埃，运动方向不会发生明显改变。而实验结果却表明：a粒子有许多意想不到的大角度散射，而且每８０００个a粒子中就有一个耍被反弹回来。这是不可想象的事。卢瑟福为此苦思苦想了很长时间，认识到在每一个几乎完全是空的金原子内部有某种带正电的物体，其电量、质量均比a粒子大得多，它对a粒子产生较大的排斥作用，致使a粒子偏转，甚至直接弹回。那种带正电的物体体积很小，因为在２０００个原子那么厚的排列层中，８０００个a粒子中仅有一个撞击到它。卢瑟福断定：那种带正电的物体就是原子的核心原子核，它集中了几乎原子的全部质量。

　　卢瑟福后来回忆说：“我记得，非常激动的盖革到我这里来，并对我说：‘我们好像得到了一些a粒子的反向散射的情况, 这是我一生中最不可想象的事情，就好像我们向一张卷姻纸射击一颗１５英寸的炮弹，而它又反射回来还打中了我们一样的不可想象。经过计算我看到，如果不假定原子的绝大部分质量是集中在很小的核中，则这种现象无论如何是不可能的。正是在此时此刻我产生了一个想法：原子有一个很小的集中了电荷的重核。”

　　富有创造精神的卢瑟福在深入探索之后于１９１１年提出了原子的核式模型，在这个模型中每个原子都是微型的太阳系，因为，正如地球和别的行星以近乎圆形的轨道环绕太阳运行一样，原子里的电子也环绕原子核旋转。

　　卢瑟福以他的原子核式模型，开创了原子核物理学的新领域。因此被人们尊称为“原子核物理学之父” 。由于在科学研究方面取得的巨大成就，他获得了多种荣誉。有趣的是他没有获得诺贝尔物理学奖，而是获得了化学奖。卢瑟福因为对元素蜕变和放射性物质化学的研究获得１９０８年诺贝尔化学奖，当时他曾风趣地说：“我一生中曾经历过各种不同的变化，但是遇到的最快的变化就是在一瞬间我竟从一个物理学家变成了一个化学家。”

                         (原戴《中学生学习报》１９９８年１月２４日)