实验结果: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登(Sir Ernest Marsden.1889-?)于1909年3月用镭作放射源,进行α 粒子穿射金属箔(先后用了金箔和铝箔)的实验,精心测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,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强射在一张纸上,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,盖革和马斯登对实验进行总结并写成论文,交英国皇家学会发表。卢瑟福认为:绝大部分α粒子能直接穿过金箔,说明原子一定是中空的,极少数的α粒子能被金箔偏转,有的还被直接弹了回来,那就说明原子中存在着很小的带正电的核。通过对电荷,质量和偏转角度等的运算,1911年提出了原子结构的行星模型。