什麼是盧瑟福金箔實驗(rutherford’s gold foil experiment)
盧瑟福的金箔實驗（盧瑟福的阿爾法粒子散射實驗）是指歐內斯特·盧瑟福、Hans Geiger和馬斯登在1900年代早期在曼徹斯特大學進行的一項實驗。在實驗中，盧瑟福和他的兩個學生研究了發射在一塊薄金箔上的α粒子是如何偏轉的。根據當時流行的原子模型，所有的α粒子都應該直接穿過金箔。然而，令他們驚訝的是，盧瑟福和他的學生們發現，每8000個α粒子中，大約有1個被偏轉回源（即角度大於90°）。為瞭解釋這種效應，他們必須提出一種新的原子模型（現在稱為“盧瑟福模型”）。
Ernest Rutherford
在實驗中，一個發射α粒子的放射源被放在一個薄金箔前。放射源和金箔被一個塗有硫化鋅塗層的濾網包圍，空氣被抽出來，以確保裝置都在真空中(如果沒有的話，α粒子將耗盡它們的能量使空氣分子電離，可能永遠不會到達金箔）。
源發射的α粒子預計會直接穿過金箔。每當它們撞上塗有硫化鋅的螢幕時，就會在螢幕上產生一個小的發光點。
當時流行的原子模型被稱為“梅子布丁模型”。這是幾年前發現電子的J.J.湯姆森開發的一個模型。根據他的模型，原子是球形物體，正電荷像麵團一樣均勻地分佈在整個物體上，而負電荷（電子）則像李子一樣粘在上面。如果這個“梅花布丁模型”是正確的，那麼所有的α粒子都應該直接穿過金箔中的金原子，顯示出非常小的偏轉。然而，盧瑟福和他的學生們觀察到的情況卻大不相同。
大多數α粒子確實直接穿過了金箔。然而，一些α粒子似乎在大角度偏轉。很少，有些α粒子甚至似乎偏離了大於900的角度。為瞭解釋這個結果，盧瑟福提出原子的質量必須集中在中心一個非常小的區域，他稱之為“原子核”。從偏轉來看，也很明顯，原子核是帶電的：
Rutherford’s Gold Foil Experiment – Geiger-Marsden experiment expectation and result
盧瑟福金箔實驗——主要觀察結果和結論
| 觀察 | 解釋 |
| 大部分的α粒子都是直接穿過金的 箔 | 這些α粒子必須在沒有接近原子（帶電）中心的情況下運動。因此，大部分原子必須是空的。 |
| 幾乎沒有α粒子被髮現 大角度偏轉 | 它們必須靠近原子的中心，在那裡它們偏離了中心的電荷。所以，原子核必須帶電。 |
| 很少， α粒子被偏轉了 返回探測器 | 它們肯定是迎面與原子核相撞的。所以， 原子核必須包含原子的大部分質量。 |
在這些早期實驗中，盧瑟福不一定確定原子核帶正電荷（偏轉可能是由中心吸引的負電荷而不是排斥的正電荷產生的）。盧瑟福最終發現原子核帶正電荷，但這是在另一個實驗中完成的。
最終，尼爾斯·波爾和埃爾文·施爾ö丁格提出了更好的原子模型，但盧瑟福的金箔實驗仍然是物理學史上最具開創性的實驗之一。
Image Courtesy:
1. “Ernest Rutherford 1892” by Unknown, published in 1939 in Rutherford: being the life and letters of the Rt. Hon. Lord Rutherford, O. M [CC BY 4.0], via Wikimedia Comm***
2. “Geiger-Marsden experiment expectation and result” by Kurzon (Own work) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Comm***
- 發表於 2021-06-27 03:13
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