Non ' capire perché Rutherford è rimasto scioccato dai risultati dellesperimento della foglia doro

Il modo in cui il classico oro di Rutherford Lesperimento foil è stato presentato (incluso dallo stesso Rutherford) non ha senso per me.

Come molti di voi sapranno, Rutherford si descrisse notoriamente come completamente scioccato dai risultati portatigli da Geiger nel 1909: “È stato levento più incredibile che mi sia mai accaduto nella mia vita. È stato incredibile quasi come se avessi sparato un proiettile di 15 pollici contro un pezzo di carta velina e questo tornasse indietro e ti avesse colpito. [Rutherford, Ernest; Ratcliffe, John A. (1938). Quarantanni di fisica. A Needham, Joseph; Pagel, Walter. Sfondo di scienza moderna. Cambridge University Press.]

Per me non ha senso che sia rimasto così sorpreso. Rutherford scrisse quanto segue lanno prima, nel 1908: “Possiamo concludere con certezza da questi esperimenti che la particella α dopo aver perso la sua carica è un atomo di elio. Altre prove indicano che la carica è il doppio della carica unitaria trasportata dallatomo di idrogeno impostato. libero nellelettrolisi dellacqua “. [Ernest Rutherford & Thomas Royds, Philosophical Magazine 17, 281-286 (1909).] [La data di pubblicazione era 1909, ma la data di paternità era 1908.]

Così, al momento dellesperimento della lamina doro, Rutherford credeva (correttamente) che i suoi “gusci da 15 pollici” (le particelle α) fossero atomi di elio che avevano perso la carica negativa. Quindi essenzialmente Rutherford, usando particelle che sapeva essere materia su scala atomica altamente concentrata derivata da atomi (particelle α), rimase scioccato nello scoprire che gli atomi contenevano materia su scala atomica altamente concentrata (?!).

Non sto dicendo che avrebbe dovuto conoscere specificamente il modello nucleare dellatomo prima dellesperimento. Sto dicendo che non avrebbe dovuto ” è stato completamente scioccato nello scoprire che gli atomi contengono qualcosa che può deviare fortemente le particelle α, dato che sapeva che le particelle α stesse erano semplicemente atomi la cui carica negativa era stata rimossa. [Inoltre sapeva che stava prendendo particelle derivate da atomi molto leggeri e sparandole contro atomi molto pesanti.]

Per usare la metafora di Rutherford, è “come se stesse dicendo:” Sono andato in unarmeria e ho ottenuto alcuni proiettili di artiglieria. Poi li ho sparati contro un altro arsenale e sono rimasto scioccato nel constatare che gli arsenali contengono proiettili di artiglieria. “

Cioè, se Rutherford lo sapeva già sugli ioni di elio, perché non si aspettava altri gli atomi avrebbero anche le loro cariche positive concentrate? Pensava che gli atomi neutri fossero accuratamente descritti da un modello di budino di prugne, ma una volta rimossi gli elettroni la carica positiva sarebbe collassata in un piccolo spazio? Semmai, dato che non conosceva il legame nucleare, sembrerebbe che avrebbe dovuto aspettarsi il contrario: la rimozione delle cariche negative avrebbe fatto sì che le cariche positive si espandessero e diventassero ancora più diffuse.

Può qualcuno che ha familiarità con la storia di questi esperimenti lo risolverà?

Commenti

• Sapeva che la radiazione alfa è lelio, ma non ' So che le particelle erano atomi di elio singoli. Tuttavia la retrodiffusione elastica ha senso solo se la carica sia nel bersaglio che nel proiettile è concentrata in spazi molto piccoli.
• In retrospettiva, la maggior parte delle scoperte sembra ovvia . Ma quel momento in cui ti rendi conto che il tuo punto di vista e il tuo modello mentale devono cambiare è abbastanza evidente.
• @Karl Scrivi: " Lui [Rutherford] conosceva le radiazioni alfa è elio, non ' per sapere che le particelle erano singoli atomi di elio. " Tuttavia, Rutherford ha scritto quanto segue nel 1908, alcuni anni prima dellesperimento della lamina doro (pubblicato nel 1909): " Possiamo concludere con certezza da questi esperimenti che la particella α dopo aver perso la sua carica è un atomo di elio . Altre prove indicano che la carica è il doppio della carica unitaria trasportata dallatomo di idrogeno liberato dallelettrolisi dellacqua. " [Ernest Rutherford & Thomas Royds, Philosophical Magazine 17, 281-286 (1909).]
• Sapere che le particelle alfa sono atomi di elio non significa molto. I singoli atomi come singole particelle erano noti da un bel po di tempo. La domanda era: cosa erano esattamente queste particelle? Sapere che un alfa è un atomo di elio non implica che il nucleo sia veramente piccolo e che contenga saldamente due protoni e due neutroni (che non furono ' scoperti fino al 1932) insieme. Sapere che un alfa rimbalza intatto dalloro ti dice qualcosa di nuovo: che cè una singola sfera di massa fortemente tenuta per ogni atomo (elio e oro).
• Non ' credo sia corretto affermare che Rutherford credeva che lalfa fosse ciò che ora pensiamo come un atomo con un singolo, effettivamente punto- come il nucleo. Se lalfa avesse una distribuzione di massa imbrattata e altri atomi (come loro) avessero una distribuzione di massa imbrattata, non ci si aspetterebbe che uno rimbalzi su un altro nel modo in cui è stato osservato.