В опыте Резерфорда, проведенном в начале XX века, изучалось рассеяние альфа-частиц при прохождении через тонкую металлическую фольгу, чаще всего из золота. Этот эксперимент стал ключевым для понимания структуры атома. Основная причина, по которой большая часть альфа-частиц проходит через фольгу практически не отклоняясь, связана с распределением массы и заряда внутри атома.
Структура атома: До опытов Резерфорда доминировала модель атома Томсона, согласно которой атом представлялся как положительно заряженная «пудингоподобная» масса с вкрапленными в нее электронами. Однако результаты эксперимента Резерфорда указывали на то, что атомы имеют другую структуру.
Пустое пространство в атоме: Атомы состоят в основном из пустого пространства. Основная масса и положительный заряд сосредоточены в центральной части атома — ядре, которое занимает лишь небольшую часть объема атома. Радиус ядра составляет около 10^-15 метров, в то время как радиус самого атома — порядка 10^-10 метров. Это означает, что ядро занимает лишь малую часть объема атома.
Прохождение альфа-частиц: Поскольку ядро занимает очень малую часть объема атома, вероятность того, что альфа-частица попадет прямо в ядро и будет сильно отклонена, крайне мала. Большинство альфа-частиц проходит через область, где нет массы или заряда, которые могли бы их отклонить.
Электростатическое взаимодействие: Альфа-частицы имеют положительный заряд. При приближении к ядру, которое также положительно заряжено, они могут испытывать электростатическое отталкивание. Однако для большинства альфа-частиц траектория проходит достаточно далеко от ядра, чтобы это взаимодействие было незначительным, и они продолжают двигаться по прямой.
Результаты и выводы: Хотя большая часть альфа-частиц проходит прямо, небольшая часть отклоняется на значительные углы, а некоторые даже отражаются назад. Это наблюдение привело к выводу, что вся положительная масса сосредоточена в центре, в ядре, что и стало основой для планетарной модели атома, предложенной Резерфордом.
Таким образом, именно структура атома, где почти весь объем занимает "пустота", а масса сосредоточена в малом по объему ядре, объясняет, почему большинство альфа-частиц проходит через фольгу без значительного отклонения.