ارنست رادرفورد در زلاندنو(نیوزیلند) متولد شد و تحصیلات خود را در آنجا به انجام رساند و در 28 سالگی به کمبریج انگلستان رفت و کارهای علمی خود را در آزمایشگاه کاوندیش زیر نظر تامسون آغاز کرد.
آزمایشهایی که منجر به ارائه مدل اتمی رادرفورد گردید توسط دو آزمایشگر به نام های گایگر و مارسدن انجام شد، این دو نفر پراکندگی باریکه کاملا موازی شده از ذرات آلفا را توسط برگه نازک طلا بررسی کردند. در آزمایش پراکندگی باریکه ای متوازی و نازک از پرتابه ها مانند ذرات آلفا، الکترونها و ... را متوجه هدفی به صورت ورقه ای نازک از یک ماده می‌کنند، وقتی این باریکه ها به هدف می خورد برخی از آنها از مسیر اصلی خود منحرف یا پراکنده می شوند که ناشی از بر هم کنش میان ذرات باریکه و اتم های ماده است. در این آزمایش ذرات آلفا که ماهیت آنها توسط رادرفورد، هلیوم دو بار یونیده شناخته شده بود پس از برخورد به ورقه نازک طلا انحراف، عبور یا بازتاب از ورقه رویه پرده ای از جنس سولفید_روی جرقه هایی ایجاد می‌کردند که شمارش این جرقه ها در طی فرآیند پر زحمت توسط گایگر و مارسدن به نتایج غیر قابل باوری در آن زمان ختم شد.
در طی آزمایش های گایگر و مارسدن که در آزمایشگاه رادرفورد انجام می‌گرفت رادرفورد دریافت وقتی که باریکه ای از ذرات آلفا به ورقه طلا تابیده میشوند تعداد بسیار زیادی از آنها تا 90 درجه و حتی بیشتر پراکنده میشوند که نتیجه ای نامنتظره بود زیرا مدل اتمی تامسون احتمال پراکندگی هایی در این حد را کم می دانست.
علت مشاهده این پراکندگی نیروهای الکترو استاتیکی میان ذرات آلفا و ذرات سازنده اتم بود. چون طبق مدل اتمی تامسون اتم هم دارای بار مثبت و هم دارای بار منفی بود این نیروهای الکترو استاتیکی می‌توانست ربایشی یا رانشی باشند.
با این اوصاف رادرفورد دریافت در ورقه طلا نقطه های متمرکزی از جرم و بار(هسته ای با بار مثبت) بسیار متراکم‌تر از آنچه تامسون گفته بود وجود دارد. این تفکر منجر به ارائه مدلی جدید برای اتم گردید که به آن مدل اتمی رادرفورد یا هسته مرکز گویند. در این مدل بار مثبت هسته متمرکز در ناحیه‌ای بسیار کوچک و چگال بود که الکترونها در اطراف آن قرار داشتند. این مدل که بر اساس داده های یک آزمایش تجربی بود نتوانست راهی برای اندازه گیری مستقل بار هسته ارائه دهد و ارائه آن توسط رادرفورد پرسش های تازه ای را مطرح کرد:
- آرایش الکترونها در اطراف هسته چگونه است؟
- چه چیزی باعث میشود که الکترون منفی بر روی هسته مثبت سقوط نکند؟
- چه چیزی باعث میشود که هسته با وجود نزدیکی بسیار زیاد بارها و نیروی دافعه قوی بین آنها متلاشی نشود؟
- چرا طیف اتمی عناصر گسسته است؟
اینها پرسش هایی بود که رادرفورد پیش بینی کرده بود که بعد از ارائه مدل اتمی خود با آنها موجه خواهد شد و تاکید می‌کرد مدل من بر پایه یک سری آزمایش تجربی پایه گذاری شده و فرض های دیگری لازم هست که تا مدل کامل تر شود این فرضها بعد ها توسط نیلس بور که به تیم رادرفورد پیوسته بود تکمیل گردید.
نحوه کار با شبیه ساز
در این شبیه ساز نحوه انجام آزمایش گایگر–مارسدن ارائه شده و در صفحه اول چگونگی چینش ابزارها جهت انجام آزمایش شبیه سازی شده و آنچه بر روی پرده سولفید_روی مشاهده میشود به نمایش درآمده و در صفحه دوم که با کلیک بر روی فلش گوشه سمت راست و پایین شبیه ساز باز می شود دلیل پراکنگی ذرات آلفا هنگام عبور از ورقه طلا شبیه سازی شده.
درصفحه دوم ذرات آلفای موازی شده به اتم تابیده میشود و در گذر از قسمت های مختلف اتم رفتارهای گوناگونی را نشان می دهند. نتیجه گیری رادرفورد و ارائه مدل اتمی توسط وی توسط کاربر قابل مشاهده است.
در حین کار با شبیه ساز میتوان به پرسش های زیر پاسخ داد:
1- دلیل اینکه قسمت اعظم ذرات آلفای تابش شده به ورقه طلا از ورقه عبور می‌کنند چیست؟
2- چرا برخی از ذرات آلفا با انحراف کم از ورقه طلا عبور می‌کنند؟
3- دلیل اینکه ذرات آلفایی که پراکندگی بیش از 100درجه دارند (بازتاب می‌کنند) بسیار کم تعداد هستند، چیست؟
4- با پاسخ دادن به پرسش های بالا در مورد اتم به چه نتیجه ای میرسید؟
- آشنایی با چگونگی انجام آزمایش گایگر –مارسدن
- آشنایی با مدل اتمی رادرفورد و نحوه نتیجه گیری آن از آزمایش گایگر-مارسدن
