O Rutherfordově experimentu se zlatou fólií

Ernest Rutherford, původem z Nového Zélandu, je považován za otce jaderné fyziky za své objevy v atomové struktuře, i když Hantaro Nagaoka, fyzik z Tokijské císařské univerzity, nejprve navrhl teorii jádra, jak je známá dnes. Rutherfordův „experiment se zlatou fólií“ vedl k objevu, že většina hmoty atomu se nachází v husté oblasti, která se nyní nazývá jádro. Před průkopnickým experimentem se zlatou fólií získal Rutherford Nobelovu cenu za další klíčové příspěvky v oblasti chemie.

Populární teorií atomové struktury v době Rutherfordova experimentu byl „švestkový pudink“ Tento model byl vyvinut v roce 1904 J. J. Thompsonem, vědcem, který objevil elektron. Tato teorie tvrdila, že záporně nabité elektrony v atomu se vznášely v moři pozitivního náboje - elektrony byly podobné švestkám v misce s pudinkem. Ačkoli Dr. Nagaoka publikoval svou konkurenční teorii, že elektrony obíhají kolem pozitivního jádra, podobně jako u planety Saturn obíhá jeho prsteny, v roce 1904 model švestkového pudingu byl převládající teorií o struktuře atomu, dokud nebyl vyvrácen Ernestem Rutherfordem v 1911.

Experiment se zlatou fólií provedl pod dohledem Rutherforda na univerzitě v Manchesteru v roce 1909 vědec Hans Geiger (jehož práce nakonec vedla k vývoji Geigerova počítadla) a vysokoškolský student Ernest Marsden. Rutherford, předseda manchesterského oddělení fyziky v době experimentu, má primární ocenění za experiment, protože teorie, které vyústily, jsou primárně jeho prací. Rutherfordův experiment se zlatou fólií se také někdy označuje jako Geiger-Marsdenův experiment.

Experiment se zlatou fólií sestával z řady testů, při nichž byla kladně nabitá částice hélia vystřelena na velmi tenkou vrstvu zlaté fólie. Očekávaným výsledkem bylo, že pozitivní částice se budou pohybovat jen několik stupňů od své dráhy, když procházejí mořem pozitivního náboje navrženého v modelu švestkového pudingu. Výsledkem však bylo, že pozitivní částice byly odpuzeny od zlaté fólie téměř o 180 stupňů za velmi malá oblast atomu, zatímco většina zbývajících částic nebyla vůbec odkloněna, ale spíše prošla přímo skrz atom.

Data generovaná experimentem se zlatou fólií prokázala, že model atomového švestkového pudingu byl nesprávný. Způsob, jakým se pozitivní částice odrazily od tenké fólie, naznačoval, že většina hmotnosti atomu byla soustředěna v jedné malé oblasti. Protože většina pozitivních částic pokračovala na své původní dráze nepohnutě, Rutherford správně odvodil, že většina zbytku atomu byla prázdný prostor. Rutherford nazval svůj objev „centrálním nábojem“, regionem, který později pojmenoval jádro.

Rutherfordův objev jádra a navrhované atomové struktury byl později vylepšen fyzikem Nielsem Bohrem v roce 1913. Bohrův model atomu, označovaný také jako Rutherfordův Bohrův model, je dnes základním atomovým modelem. Rutherfordův popis atomu položil základ pro všechny budoucí atomové modely a vývoj jaderné fyziky.