Ատոմի կառուցվածքը: Ռեզերֆորդի փորձերը

Էռնեստ Ռեզերֆորդն իր առջև նպատակ դրեց ստուգել ատոմի Թոմսոնի մոդելի իսկությունը: Այդ ժամանակ արդեն հայտնի էր նյութերի հետազոտման α-մասնիկների ցրման եղանակը: α-մասնիկը հելիումի իոնացված (առանց էլեկտրոնների) ատոմ է, որի զանգվածը մոտ 7350 անգամ մեծ է էլեկտրոնի զանգվածից, իսկ լիցքը հավասար է էլեկտրոնի լիցքի բացարձակ արժեքի կրկնապատիկին:

Որպես α-մասնիկների աղբյուր Ռեզերֆորդն օգտագործեց կապարե գլանի մեջ տեղադրված ռադիումի պատրաստուկ: Նեղ ճեղքից α-մասնիկների հոսքն ընկնում էր ոսկու մի քանի միկրոն հաստությամբ թիթեղի վրա: Թիթեղի ետևում դրված էր ցինկի սուլֆիդով պատված էկրանը, որին բախվելով` α-մասնիկն առաջ էր բերում առկայծում:

Ռեզերֆորդը չափեց ընկնող փնջի ուղղության նկատմամբ տարբեր անկյունների տակ ցրված α-մասնիկների քանակը: Ըստ Ռեզերֆորդի, եթե Թոմսոնի մոդելը ճիշտ էր, ապա ատոմում դրական լիցքավորված նյութը շատ նոսր պետք է լիներ (ջրից 20 անգամ նոսր), և α-մասնիկների փունջն իր շաևժման ուղղությունն էական չափով չպետք է փոխեր: Իսկապես, քանի որ α-մասնիկները մոտ 7350 անգամ ծանր էին էլեկտրոններից և մեծ արագությամբ ընկնում էին ոսկու թիթեղի վրա, ապա էլեկտրոնները չեն կարող էականորեն փոխել դրանց հետագիծը:

α-մասնիկների հետագիծը կարող է փոխել ատոմի դրական լիցքը` կուլոնյան վանողությա ուժի պատճառով: Հավարկների համաձայն` այդ ուժն ամենամեծ արժեքն է ընդունում ատոմի գնդի (ատոմի) մակերևույթին, իսկ ատոմի կենտրոնում այն հավասար է 0-ի:

Ռեզերֆորդի փորձերը ցույց տվեցին, որ α-մասնիկների մեծամասնությունն անցնում է թիթեղի միջով` առանց փոխազդելու նրա հետ, իսկ ոչ մեծ թվով մասնիկներ շեղվում են մի քանի աստիճանով: Մեծ անկյունների տակ էկրանին հարվածում էին հատուկենտ α-մասնիկներ:

Ռեզերֆորդը, չակնկալելով դրական արդյունք, այնուամենայնիվ, իր աշխատակիցներից մեկին հանձնարարեց երկրորդ էկրանը տեղադրել թիթեղից առաջ ու չափումներ կատարել: Պարզվեց, որ թիթեղից ետ թռչող α-մասնիկներ հայտնաբերվել էին: Թոմսոնի մոդելի շրջանակներում այդ փաստը բացատրելն անհնար էր: Ռեզերֆորդի պատկերավոր համեմատությամբ` դա հավասարազոր էր նրան, որ 15-դյույմանոց արկով ծխախոտե թղթին կրակելիս արկը, թղթից անդրադառնալով, հարվածեր կրակողին:

Այսպիսով, Ռեզերֆորդը փորձնականորեն հաստատեց, որ α-մասնիկները, բախվելով ոսկու ատոմներին, փոխում են իրենց շարժման ուղղությունը, իսկ դրանց մի փոքր մասը ետ է շպրտվում թիթեղից, այսինքն` շեղվում է 90 աստիճանից մեծ անկյունով: α-մասնիկը կարող է ետ շպրտվել` հանդիպելով իրենից զգալի մեծ զագված ունեցող, տարածության փոքր մասում տեղայնացված և դրականորեն լիցքավորված մասնիկի:

Այս արդյուքները բացատրելու համար Ռեզերֆորդը ենթադրեց, որ ատոմի համարյա ողջ զանգվածը տեղադրված է նրա կենտրոնում` միջուկում: α-մասնիկների մեծ մասն անարգել անցնում է ատոմի միջով. այն մասնիկները, որոնք անցնում են միջուկին շատ մոտիկ, շեղվում են իրենց նախնական ուղղությունից, և միայն միջուկին շատ մոտեցած մասնիկներն են ցրվում 90 աստիճանից մեծ անկյուններով:

Ընդհանրացնելով փորձում ստացված արդյունքները`1911թ. Ռեզերֆորդը առաջարկեց ատոմի նոր` մոլորակային մոդել: Ըստ այդ մոդելի` ատոմի կենտրոնում գտնվում է միջուկը, որտեղ կենտրոնացված է ատոմի գրեթե ողջ զանգվածը և որը լիցքավորված է դրական լիցքով` դրական լիցքավորված մասնիկները պրոտոններն են: Քանի որ ատոմն էլեկտրաչեզոք է, ուրեմն ատոմում կա պրոտոնների թվին հավասար էլեկտրոն, որոնք պտտվում են միջուկի շուրջը: