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α粒子散射实验的结果揭示原子内部结构

【摘要】:1906年冬,卢瑟福还认识到α粒子在某一临界速度以上时能打入原子内部,由它的散射和所引起的原子内电场的反应可以探索原子内部结构。1907~1908年间,在卢瑟福指导下盖革也进行了α粒子散射实验研究,发现α粒子射入金属箔时散射角与材料的厚度和原子量有关;又发现大多数粒子散射角度很小,但有少数α粒子偏角很大。α粒子的这种超过90°的反常的散射现象,使卢瑟福十分惊讶,虽然他事前对大角度散射做过一些推测。

卢瑟福从1904年到1906年6月,做了许多α射线通过不同厚度的空气、云母片和金属箔(如铝箔)的实验。英国物理学家W.H.布拉格(Bragg,W.H.1862~1942年)在1904~1905年也做了这样的实验。他们发现,在此实验中α射线速度减慢,而且径迹偏斜了(即发生散射现象)。例如,通过云母的某些α射线,从它们原来的途径约偏斜2°,发生了小角度散射。1906年冬,卢瑟福还认识到α粒子在某一临界速度以上时能打入原子内部,由它的散射和所引起的原子内电场的反应可以探索原子内部结构。而且他还预见到可能会出现较大角度的散射。

1907~1908年间,在卢瑟福指导下盖革也进行了α粒子散射实验研究,发现α粒子射入金属箔时散射角与材料的厚度和原子量有关;又发现大多数粒子散射角度很小,但有少数α粒子偏角很大。卢瑟福敏锐地认识到精确地观察大角度α粒子散射对于了解原子内部的电场和结构非常重要。在卢瑟福的指导下,盖革和青年研究生马斯顿(Marsden,E.1889~?)于1909年3月用镭作放射源,进行α粒子穿射金属箔(先后用了金箔和铂箔)的实验,精心测量数量极少的大角度散射粒子。结果发现约有八千分之一的入射α粒子发生大角度偏转,偏转角平均为90°,其中有的甚至反弹回来。α粒子的这种超过90°的反常的散射现象,使卢瑟福十分惊讶,虽然他事前对大角度散射做过一些推测。多年以后,他在1925年的一次讲演中曾讲到1909年3月这次实验后的心情。他说:“如果将一张金叶放在一束α射线的径迹上,某些射线进入金的原子并被散射,那只是所期望的。但是,一种明显而未料相想到的观察是一些快速的α粒子的速度和能量之大,那是一张极其惊人的结果……正好像一个炮手将一颗炮弹射在一张纸上,而由于某种其他原因弹头再弹回来一样”。在卢瑟福的指导下,盖革和马斯顿对实验进行总结并写成论文,交英国皇家学会发表。(www.chuimin.cn)