Uus-Meremaalt pärit Ernest Rutherfordi peetakse tuumafüüsika isaks aatomistruktuuri avastuste eest, kuigi Tokyo Keiserliku Ülikooli füüsik Hantaro Nagaoka pakkus kõigepealt teada tuuma teooriat täna. Rutherfordi "kuldfooliumieksperiment" viis avastamiseni, et suurem osa aatomi massist asub tihedas piirkonnas, mida nüüd nimetatakse tuumaks. Enne murrangulist kuldfooliumi katset anti Rutherfordile Nobeli preemia muude oluliste panuste eest keemia valdkonnas.
Ajalugu
Rutherfordi katse ajal oli populaarne aatomistruktuuri teooria "ploomipuding" mudeli. "Selle mudeli töötas välja 1904. aastal J. J. Thompson, teadlane, kes selle avastas elektron. See teooria leidis, et aatomi negatiivselt laetud elektronid hõljusid positiivse laengu meres - elektronid sarnanesid pudingikausis ploomidega. Kuigi dr Nagaoka oli avaldanud oma konkureeriva teooria, mille kohaselt elektronid tiirlevad positiivse tuuma ümber, on see sarnane planeedi Saturni orbiidiga. selle rõngad, aastal 1904 oli ploomipudingimudel aatomi struktuuri valdav teooria, kuni Ernest Rutherford selle ümber lükkas. 1911.
Funktsioon
Kuldfooliumi katse viis Rutherfordi juhendamisel Manchesteri ülikoolis läbi 1909. aastal teadlane Hans Geiger (kelle töö viis lõpuks Geigeri loenduri väljatöötamiseni) ja üliõpilane Ernest Marsden. Katse ajal Manchesteri füüsikaosakonna juhatajale Rutherfordile antakse katse esmane au, kuna selle tulemuseks olnud teooriad on peamiselt tema töö. Rutherfordi kuldfooliumi katset nimetatakse mõnikord ka Geiger-Marsdeni eksperimendiks.
Funktsioonid
Kuldfooliumi katse koosnes katseseeriast, mille käigus tulistati positiivselt laetud heeliumiosakest väga õhukese kullakile kihi suunas. Eeldatav tulemus oli see, et positiivsed osakesed liigutati ploomipudingu mudelis pakutud positiivse laengu mere kaudu vaid paar kraadi oma teelt. Tulemuseks oli aga see, et positiivsed osakesed tõrjuti kuldfooliumist välja peaaegu 180 kraadi võrra väike aatomi piirkond, samal ajal kui enamus ülejäänud osakesed ei olnud üldse kõrvale kaldunud, vaid ajasid need otse läbi aatom.
Tähtsus
Kuldfooliumi katse käigus saadud andmed näitasid, et aatomi ploomipudingu mudel oli vale. See, kuidas positiivsed osakesed õhukeselt fooliumilt põrkasid, näitas, et suurem osa aatomi massist kontsentreerus ühte väikesesse piirkonda. Kuna enamus positiivseid osakesi jätkas oma algset rada liikumatult, järeldas Rutherford õigesti, et suurem osa ülejäänud aatomist oli tühi ruum. Rutherford nimetas oma avastust "kesklaenguks" - piirkonda, mida hiljem nimetati tuumaks.
Potentsiaal
Rutherfordi tuuma ja kavandatud aatomi struktuuri avastamist täpsustas hiljem füüsik Niels Bohr 1913. aastal. Bohri aatomimudel, mida nimetatakse ka Rutherford Bohri mudeliks, on tänapäeval kasutatav aatomimudel. Rutherfordi aatomi kirjeldus pani aluse kõigile tulevastele aatomimudelitele ja tuumafüüsika arengule.