Thi nghiem Rutherford, hay thi nghiem Geiger-Marsden, la mot thi nghiem thuc hien boi Hans Geiger va Ernest Marsden nam 1909 duoi su chi đao cua nha vat ly nguoi New Zealand Ernest Rutherford, va đuoc giai thich boi Rutherford vao nam 1911, khi ho ban pha cac hat tich đien duong nam trong nhan cac nguyen tu (ngay nay goi la hat nhan nguyen tu) cua la vang mong bang cach su dung tia alpha. Thi nghiem đa cho thay cac hat nhan nguyen tu nam tap trung trong mot khong gian rat nho be (co femtomet), so voi kich thuoc cua nguyen tu (co Angstrom), lat đo gia thuyet truoc đo ve nguyen tu cua J. J. Thomson (mo hinh mut man cho nguyen tu).
Thi nghiem cung cho thay hien tuong tan xa Rutherford, su tan xa cua cac hat alpha tren cac hat nhan nguyen tu. Hien tuong nay con đuoc goi la tan xa Coulomb do luc tuong tac la luc Coulomb. Tan xa nay ngay nay đuoc ung dung trong ky thuat nghien cuu vat lieu goi la tan xa nguoc Rutherford. Kieu tan xa nay cung đuoc thuc hien vao nhung nam 1960 đe kham pha ben trong hat nhan.


Lich su Truoc nam 1911, nguyen tu đuoc cho la co cau truc gom cac hat tich đien duong đan xen voi cac electron, tao thanh mot hon hop tuong tu nhu thanh phan cua "mut man".
Nam 1909, Hans Geiger va Ernest Marsden tien hanh thi nghiem theo su chi đao cua Rutherford tai Đai hoc Manchester. Ho chieu dong hat alpha vao cac la vang mong va đo so hat alpha bi phan xa, truyen qua va tan xa. Ho kham pha ra mot phan nho cac hat alpha đa phan hoi lai.
Neu cau truc nguyen tu co dang nhu mo hinh "mut man" thi su phan hoi xay ra rat yeu, do nguyen tu la moi truong tron lan giua đien tich am (cua đien tu) va đien tich duong (cua proton), trung hoa đien tich va gan nhu khong co luc tinh đien giua nguyen tu va cac hat alpha. Noi mot cach hinh tuong do khong co luc tuong tac đang ke, mo hinh "mut man" nhu tam nem mem đoi voi cac hat alpha.
Nam 1911, Rutherford giai thich ket qua thi nghiem voi gia thiet rang nguyen tu chua mot hat nhan mang đien tich duong nho be trong loi, voi nhung đien tu mang đien tich am khac chuyen đong xung quanh no tren nhung quy đao khac nhau, o giua la nhung khoang khong. Khi đo, hat alpha khi nam ben ngoai nguyen tu khong chiu luc Coulomb, nhung khi đen gan hat nhan mang đien duong trong loi thi bi đay do hat nhan va hat alpha đeu tich đien duong. Do luc Coulomb ty le nghich voi binh phuong khoang cach nen hat nhan can co kich thuoc nho đe đat luc đay lon tai cac khoang cach nho giua hat alpha va hat nhan. Noi mot cach hinh tuong, mo hinh hat nhan loi nho la la chan cung đoi voi cac hat alpha.
Rutherford đa mo ta lai ket qua nay mot cach đay hinh tuong: Đieu nay giong nhu khi ban sung vao mot to giay va thay vai vien đan bay nguoc tro lai. Ve sau su tan xa tuong tu nhu cua cac hat alpha tren cac hat nhan đuoc goi la tan xa Rutherford.
Tu ket qua nay, Rutherford đa đe xuat mau hanh tinh nguyen tu đe mo ta cac nguyen tu. Mo hinh nay sau đo bi thay the boi mo hinh nguyen tu Bohr vao nam 1913.


Phuong phap thi nghiem Geiger va Marsden dung mot ong chua khi radi brom (RaBr2) phong xa ra cac hat alpha va chieu dong hat alpha vao cac la kim loai khac nhau. Ho quan sat cac hat alpha truyen qua, phan xa va tan xa bang cach đat he thong trong buong toi, bao boc boi cac man huynh quang lam tu hop chat kem va luu huynh (ZnS) va dung kinh hien vi đem so lan cac chop sang sinh ra do cac hat alpha va vao man tai cac vi tri tuong ung voi cac goc tan xa khac nhau. Viec đem cac hat alpha dien ra trong nhieu gio đe co the tich luy đuoc con so thong ke co y nghia.
Ho đa dung cac la kim loai khac nhau, tu nhom, sat, vang đen chi, voi đo day thay đoi bang cach xep nhieu la mong len nhau thanh la day hon.
Ket qua đang chu y nhat xay ra voi la vang day 60 nanomet (tuc la be day khoang 200 nguyen tu vang), khi đo chung mot trong 8000 hat bi tan xa nguoc lai voi goc tan xa lon hon 90 đo. Quan sat nay khong the giai thich đuoc bang mo hinh mut man cho nguyen tu; ma chi co the giai thich đuoc voi gia thuyet mot hat nhan mang đien tich duong nho nam trong nguyen tu.


Chi tiet tinh toan Xet va cham thang hang giua hat alpha va hat nhan, theo đinh luat bao toan nang luong, toan bo đong nang (
  
    
      
        
          
            
              
                
                  
                    1
                    2
                  
                
                m
                
                  v
                  
                    2
                  
                
              
            
          
        
      
    
    {\displaystyle {\begin{matrix}{\frac {1}{2}}mv^{2}\end{matrix}}}
  
) cua hat alpha khi no cach xa hat nhan se chuyen hoa het thanh the nang trong truong luc Coulomb khi hat alpha đi toi điem gan hat nhan nhat (luc đo van toc bang khong do đoi chieu chuyen đong 180 đo). Khoang cach giua hat alpha va hat nhan luc đo la b, co the coi la gioi han tren cua ban kinh hat nhan (ban kinh hat nhan khong the lon hon). Nhu vay:

  
    
      
        
          
            1
            2
          
        
        m
        
          v
          
            2
          
        
        =
        
          
            1
            
              4
              π
              
                ϵ
                
                  0
                
              
            
          
        
        ⋅
        
          
            
              
                q
                
                  1
                
              
              
                q
                
                  2
                
              
            
            b
          
        
      
    
    {\displaystyle {\frac {1}{2}}mv^{2}={\frac {1}{4\pi \epsilon _{0}}}\cdot {\frac {q_{1}q_{2}}{b}}}
  

Suy ra:

  
    
      
        b
        =
        
          
            1
            
              4
              π
              
                ϵ
                
                  0
                
              
            
          
        
        ⋅
        
          
            
              2
              
                q
                
                  1
                
              
              
                q
                
                  2
                
              
            
            
              m
              
                v
                
                  2
                
              
            
          
        
      
    
    {\displaystyle b={\frac {1}{4\pi \epsilon _{0}}}\cdot {\frac {2q_{1}q_{2}}{mv^{2}}}}
  

Voi:

m (khoi luong hat alpha) = 6,7×10−27 kg
q1 (đien tich hat alpha) = 2×(1,6×10−19) C
q2 (đien tich hat nhan vang) = 79×(1,6×10−19) C
v (toc đo ban đau cua hat alpha) = 2×107 m/s
Dan đen gia tri b = 2,7×10−14 m (gia tri chinh xac cua ban kinh hat nhan co 7,3×10−15 m hay 7,3 femtomet), nho hon nhieu so voi kich thuoc nguyen tu (co Angstrom).


Tham khao Xem them Hanh tinh nguyen tu
Va cham Coulomb