על הניסוי לסכל הזהב של רתרפורד

ארנסט רתרפורד, במקור מניו זילנד, זוכה להיות אבי הפיזיקה הגרעינית בזכות תגליותיו במבנה האטומי, למרות שהנטארו נגאוקה, פיזיקאי מהאוניברסיטה האימפריאלית בטוקיו, הציע לראשונה את תיאוריית הגרעין כידוע היום. "ניסוי רדיד הזהב" של רתרפורד הוביל לגילוי שרוב מסתו של האטום ממוקמת באזור צפוף המכונה כיום הגרעין. לפני הניסוי פורץ הכסף עם רדיד הזהב הוענק לרתרפורד פרס נובל על תרומות מרכזיות אחרות בתחום הכימיה.

התיאוריה הפופולרית של מבנה האטום בזמן הניסוי של רתרפורד הייתה "פודינג השזיפים מודל. "מודל זה פותח בשנת 1904 על ידי ג'יי ג'יי תומפסון, המדען שגילה את אֶלֶקטרוֹן. תיאוריה זו קבעה כי האלקטרונים הטעונים שלילית באטום צפים בים של מטען חיובי - האלקטרונים דומים לשזיפים בקערת פודינג. למרות שד"ר נגאוקה פרסם את התיאוריה המתחרה שלו לפיה אלקטרונים מקיפים גרעין חיובי, בדומה לאופן בו כוכב הלכת שבתאי מקיף טבעותיו, בשנת 1904, המודל פודינג שזיפים היה התיאוריה הרווחת על מבנה האטום עד שהוכח על ידי ארנסט רתרפורד בשנת 1911.

ניסוי נייר הזהב נערך בפיקוחו של רתרפורד באוניברסיטת מנצ'סטר בשנת 1909 על ידי המדען האנס גייגר (שעבודתו הובילה בסופו של דבר לפיתוח מונה גייגר) וסטודנט לתואר ראשון ארנסט מרסדן. רתרפורד, יו"ר המחלקה לפיזיקה במנצ'סטר בזמן הניסוי, מקבל קרדיט ראשוני על הניסוי, שכן התיאוריות שהתקבלו הן בעיקר עבודתו. ניסוי רדיד הזהב של רתרפורד מכונה לעתים גם ניסוי גייגר-מרסדן.

ניסוי נייר הזהב כלל סדרת בדיקות בהן נורה חלקיק הליום טעון חיובי בשכבה דקה מאוד של נייר זהב. התוצאה הצפויה הייתה כי החלקיקים החיוביים יועברו רק כמה מעלות מדרכם כשעברו דרך ים המטען החיובי שהוצע במודל פודינג השזיפים. אולם התוצאה הייתה שהחלקיקים החיוביים נדחו מנייר הזהב בכמעט 180 מעלות בתוך מאוד האזור הקטן של האטום, בעוד שרוב החלקיקים שנותרו לא הוסטו כלל אלא עברו דרך אָטוֹם.

הנתונים שהופקו מניסוי רדיד הזהב הוכיחו כי מודל פודינג השזיפים של האטום היה שגוי. האופן שבו החלקיקים החיוביים קיפצו את נייר הכסף הדק הצביע על כך שרוב המסה של אטום מרוכזת באזור קטן אחד. מכיוון שרוב החלקיקים החיוביים המשיכו בדרכם המקורית ללא זז, רתרפורד הסיק נכון כי רוב שארית האטום הייתה שטח ריק. ראת'רפורד כינה את תגליתו "המטען המרכזי", אזור שנקרא לימים הגרעין.

גילויו של רתרפורד על הגרעין והמבנה האטומי המוצע שוכלל מאוחר יותר על ידי הפיזיקאי נילס בוהר בשנת 1913. מודל האטום של בוהר, המכונה גם מודל רתרפורד בוהר, הוא המודל האטומי הבסיסי המשמש כיום. תיאור האטום של רתרפורד היווה את הבסיס לכל המודלים האטומיים העתידיים ולפיתוח הפיזיקה הגרעינית.