Tietoja Rutherfordin kultakalvokokeesta

Uusi-Seelannista kotoisin oleva Ernest Rutherford hyvitetään ydinfysiikan isäksi hänen atomirakenteen löytöistään, vaikka Tokion keisarillisen yliopiston fyysikko Hantaro Nagaoka ehdotti ensin ytimen teoriaa sellaisenaan tänään. Rutherfordin "kultakalvokokeilu" johti havaintoon, että suurin osa atomin massasta sijaitsee tiheällä alueella, jota nyt kutsutaan ytimeksi. Ennen uraauurtavaa kultakalvokoketta Rutherford sai Nobelin palkinnon muista keskeisistä panoksista kemian alalla.

Rutherfordin kokeen aikaan suosittu atomirakenteen teoria oli "luumupuuro" "Tämän mallin kehitti vuonna 1904 tutkija, J.J.Tompson, joka löysi elektroni. Tämä teoria katsoi, että negatiivisesti varautuneet elektronit atomissa kelluivat positiivisen varauksen meressä - elektronit muistuttavat luumuja vanukasmassissa. Vaikka tohtori Nagaoka oli julkaissut kilpailevan teoriansa elektronien kiertämisestä positiivisen ytimen ympärillä, se muistuttaa tapaa, jolla Saturnuksen planeetta kiertää sen renkaat, vuonna 1904, luumu vanukas malli oli vallitseva teoria atomin rakenteesta, kunnes Ernest Rutherford kumosi sen 1911.

Kultakalvokoe tehtiin Rutherfordin valvonnassa Manchesterin yliopistossa vuonna 1909 tiedemies Hans Geiger (jonka työ johti lopulta Geiger-laskurin kehittämiseen) ja perustutkinto-opiskelija Ernest Marsden. Rutherford, Manchesterin fysiikan osaston puheenjohtaja kokeen aikaan, saa ensisijaisen arvosanan kokeesta, koska syntyneet teoriat ovat pääasiassa hänen työtä. Rutherfordin kultakalvokoketta kutsutaan joskus myös Geiger-Marsden-kokeeksi.

Kultakalvokokeilu koostui sarjasta testejä, joissa positiivisesti varautunut heliumpartikkeli ammuttiin hyvin ohuelle kultakalvokerrokselle. Odotettu tulos oli, että positiiviset hiukkaset siirtyisivät vain muutaman asteen niiden polulta kulkiessaan luumupuuromallissa ehdotetun positiivisen varauksen meren läpi. Tuloksena oli kuitenkin se, että positiiviset hiukkaset hylkivät kultakalvosta lähes 180 astetta hyvin pieni alue atomista, kun taas suurinta osaa jäljellä olevista hiukkasista ei ollut taipunut lainkaan, vaan ne kulkivat suoraan atomin läpi atomi.

Kultakalvokokeesta saadut tiedot osoittivat, että atomin luumupuuromalli oli väärä. Tapa, jolla positiiviset hiukkaset törmäsivät ohuesta kalvosta, osoitti, että suurin osa atomin massasta oli keskittynyt yhdelle pienelle alueelle. Koska suurin osa positiivisista hiukkasista jatkoi alkuperäistä polkua liikkumatta, Rutherford päätti oikein, että suurin osa jäljellä olevasta atomista oli tyhjää tilaa. Rutherford kutsui löytöään "keskuspanokseksi", alueelle, jonka nimi myöhemmin oli ydin.

Fyysikko Niels Bohr tarkensi myöhemmin Rutherfordin löytämää ydintä ja ehdotettua atomirakennetta vuonna 1913. Bohrin atomimalli, jota kutsutaan myös Rutherford Bohrin malliksi, on nykyisin käytetty atomiatomalli. Rutherfordin kuvaus atomista loi perustan kaikille tuleville atomimalleille ja ydinfysiikan kehitykselle.