Лайнус Полінг, Пітер Полінг — Хімія
1911 р. Резерфорд експериментально показав, що більша частина маси атомів зосереджена в частинках, які мають дуже невеликі розміри порівняно із самими атомами.
Цей дослід полягав у бомбардуванні тонкого шару якоїсь речовини, зокрема металевої фольги, пучком швидко рухомих альфа-частинок і спостереженні, в якому напрямку альфа-частинки розсіюються атомами. Суть такого експерименту показано на рис. 3.11. Шматочок радію випромінює альфа-частинки в усіх напрямках. Невеликий отвір у свинцевому блоці формує пучок альфа-частинок. Цей пучок альфа-частинок проходить потім крізь металеву фольгу, і напрямки, в яких альфа-частинки продовжують свій рух, простежують. Напрямок руху альфа-частинки можна встановити, застосовуючи екран, вкритий цинк сульфідом; під час удару альфа-частинки об такий екран на ньому з'являється спалах.
Якби атоми, які бомбардують альфа-частинками, були твердими в усьому займаному ними об'ємі, то слід було б очікувати, що всі альфа-частинки, які утворюють пучок, мали б якоюсь мірою змінити напрямок свого руху. Проте насправді (за спостереженнями Резерфорда) більшість альфа-частинок проходить крізь металеву фольгу без помітного відхилення: в одному з дослідів, в якому альфа-частинки проходили крізь золоту фольгу завтовшки 400 нм і, отже, проникали крізь тисячу шарів атомів, усього лише одна частинка приблизно зі 100000 відхилялася від первісного напрямку. Ця частинка, як правило, відхилялася дуже сильно, нерідко більш ніж на 90°, як це показано на рис. 3.11. Коли брали фольгу вдвічі товщу, то виявлялося, що приблизно вдвічі більше альфа-частинок відхилялося під великими кутами, тоді як переважна більшість, як і раніше, проходила крізь фольгу без відхилень.
Ці експериментальні дані можна зрозуміти, якщо припустити, що більша частина маси атома зосереджена в дуже невеликій частинці, яку Резерфорд назвав атомним ядром. Якщо альфа-частинка також дуже мала, то ймовірність зіткнення цих надзвичайно малих частинок під час проходження альфа-частинки крізь атом буде невеликою. Більшість альфа-частинок може тоді проходити крізь фольгу без зіткнення з якимось із атомних ядер і, отже, без відхилення від первісного напрямку руху.
Рис. 3.11. Схема досліду, що доводить, що атоми мають невеликі й важкі ядра. 1 — свинцевий блок; 2 — екран, вкритий цинк сульфідом, на якому виникають світні точки під час удару альфа-частинок; 3 — невелике число альфа-частинок, що відхилилися; 4 — пучок, який містить більшу частину альфа-частинок з незначним відхиленням; 5 — речовина, що розсіює (золота фольга); 6 — пучок альфа-частинок; 7 — радій.
Якщо лише одна частинка зі 100 000 відхиляється під час проходження крізь фольгу, що складається з 1000 шарів атомів, то приблизно одна частинка зі 100 000 000 відхилятиметься під час проходження крізь один шар атомів. Виходячи з цього, Резерфорд дійшов висновку, що важке ядро має площу поперечного перерізу, яка становить лише 0,00000001 частину площі поперечного перерізу всього атома, а отже, діаметр ядра становить усього лише 1/10 000 діаметра атома (квадратний корінь з 0,00000001 дорівнює 1/10 000).
Описані вище й аналогічні їм експерименти дали змогу одержати зовсім незвичайну картину атома. Якби можна було збільшити лінійні розміри ділянки золотої фольги в 1 000 000 000 разів (в мільярд разів), то можна було б побачити величезний стос атомів діаметром близько 60 см, кожен з яких мав би об'єм понад 30 літрів. Проте насправді вся маса атома була б зосереджена в єдиній частинці, в ядрі діаметром усього лише близько 0,025 мм, тобто в частинці розміром з невелику піщинку. Це ядро атома оточене такими самими маленькими електронами, що рухаються навколо нього з дуже великою швидкістю. Дослід Резерфорда зводиться до обстрілу таких 30-літрових атомів пучком маленьких піщинок, кожна з яких продовжуватиме рухатися по прямій, якщо не зіткнеться з такою самою піщинкою, що відповідає ядру атома. Цілком очевидно, що ймовірність такого зіткнення надзвичайно мала. (Альфа-частинки не відхиляються електронами атомів, оскільки альфа-частинки значно важчі за електрони.)
Експеримент Резерфорда слід вважати одним з найважливіших дослідів, коли-небудь виконаних людиною, оскільки він дав нові знання про природу атомів.