原子核物理简介之科学家是如何发现原子核的?
我们对原子核的认识起源于对原子结构的研究。
1987年,英国物理学家J。J。Thomson发现了电子〔1〕;1904年Thomson提出了原子的葡萄干蛋糕模型(PlumPuddingModel)〔2〕,他认为一个电中性的原子是由带正电的物质和电子构成,其中带正电的物质均匀地分布于整个原子内,而电子就像蛋糕中的葡萄干一样镶嵌在原子之中。
在1908年至1913年间,HansGeiger和ErnestMarsden在ErnestRutherford的指导下,做了一系列的alpha粒子碰撞金原子的散射实验〔36〕。按照Thomson的葡萄干蛋糕模型,alpha粒子只会受到很小的库仑力,因此只会发生一个非常小角度的散射,几乎就是径直地穿过金原子,然而他们的实验结果显示,有部分的alpha粒子会发生大于90度的散射,用Rutherford的话形容就是用子弹打纸,子弹却反弹了回来,非常的不可思议。Rutherford提出了原子的核式结构成功地解释了这一现象〔7〕。这一系列实验则被称为Rutherfordgoldfoilexperiment或者是GeigerMarsdenexperiment(s)。
Rutherford认为,原子的几乎所有质量都集中在原子核心处非常小的区域内,该区域带有正电,而电子则围绕其运动动,半径为原子半径。原子核由此得名,它的英文单词nucleus一词来源于拉丁语,本意为theseedoffruits。
Thomson原子模型和Rutherford原子模型
参考文献
〔1〕J。J。ThomsonM。A。F。R。S。(1897)XL。CathodeRays,TheLondon,Edinburgh,andDublinPhilosophicalMagazineandJournalofScience,44:269,293316,DOI:10。108014786449708621070。
〔2〕J。J。ThomsonF。R。S。(1904)XXIV。OntheStructureoftheAtom:anInvestigationoftheStabilityandPeriodsofOscillationofanumberofCorpusclesarrangedatequalintervalsaroundtheCircumferenceofaCircle;withApplicationoftheResultstotheTheoryofAtomicStructure,TheLondon,Edinburgh,andDublinPhilosophicalMagazineandJournalofScience,7:39,237265,DOI:10。108014786440409463107
〔3〕Geiger,Hans(1908)。OntheScatteringofParticlesbyMatter。ProceedingsoftheRoyalSocietyofLondonA。81(546):174177。Bibcode:1908RSPSA。。81。。174G。doi:10。1098rspa。1908。0067
〔4〕Geiger,Hans;Marsden,Ernest(1909)。OnaDiffuseReflectionoftheParticles(PDF)。ProceedingsoftheRoyalSocietyofLondonA。82(557):495500。Bibcode:1909RSPSA。。82。。495G。doi:10。1098rspa。1909。0054
〔5〕Geiger,Hans(1910)。TheScatteringoftheParticlesbyMatter(PDF)。ProceedingsoftheRoyalSocietyofLondonA。83(565):492504。Bibcode:1910RSPSA。。83。。492G。doi:10。1098rspa。1910。0038
〔6〕Geiger,Hans;Marsden,Ernest(1913)。TheLawsofDeflexionofParticlesthroughLargeAngles(PDF)。PhilosophicalMagazine。Series6。25(148):604623。doi:10。108014786440408634197
〔7〕Rutherford,Ernest(1911)。TheScatteringofandParticlesbyMatterandtheStructureoftheAtom。PhilosophicalMagazine。Series6。21:669688。doi:10。108014786440508637080