ניסוי רתרפורד

ניסוי רתרפורד (הקרוי גם ניסוי עלה הזהב וניסוי גייגר-מרסדן) הוא ניסוי שנעשה בשנת 1909 על ידי הנס גייגר וארנסט מרסדן בהדרכתו של ארנסט רתרפורד במעבדות הפיזיקה של אוניברסיטת מנצ'סטר. ניסוי זה תרם תרומה מכרעת לפסילת מודל עוגת הצימוקים לתיאור האטום.

גייגר ומרסדן מדדו את סטיית חלקיקי האלפא שנותבו לעלה דק מזהב. על פי המודלים באותה העת, היו חלקיקי האלפא אמורים לסטות בזווית בת מעלות בודדות לכל היותר, אם בכלל. אולם תוצאות הניסוי הראו שחלק קטן מהחלקיקים הוסט בזויות הגדולות הרבה יותר מ-90 מעלות. רתרפורד הסיק מהניסוי שהמטען החיובי באטום מרוכז ביותר, באופן כזה שהוא יכול להחזיר חלקיקי אלפא העוברים מספיק קרוב אליו. מסקנה זו הובילה לפיתוח המודל הפלנטרי.

מתודולוגיה
גייגר ומרסדן הפגיזו מספר עלי מתכת שונים בחלקיקי אלפא שנוצרו בשפופרת זכוכית שהכילה בצידה האחד גז רדיום-ברומיד ובצדה השני צופתה באבץ גופרית  (חומר פלואורסצנטי). מיקרוסקופ דל-עוצמה שימש למדידת פיזור החלקיקים. פרוצדורה זו הצריכה ישיבה בחושך במשך שעות רבות, במהלכן נדרשו גייגר ומרסדן לצפות בהבזקי אור קטנים שנוצרו כתוצאה מפגיעת חלקיקי האלפא במסך.

מגוון עלי מתכות שימשו בניסוי כגון: אלומיניום, ברזל, זהב ועופרת יחד עם עלי זהב בעובי משתנה שנוצרו מהצמדת מספר עלים יחד. בהתחשב במסה ובתנע הגבוהים של חלקיק אלפא, התחזיות בנוגע לתוצאות הניסוי היו שהחלקיקים שיעברו דרך עלה במתכת יוסטו במספר מעלות זעיר לכל היותר, אם בכלל (כאשר מספר החלקיקים העובר את העלה יקטן ככל שהוא יתעבה) והשאר יקלטו בעלה.

אולם למרות שברוב המקרים התאמתו תחזיותיהם, אחד מכל 20,000 חלקיקים, בערך, הוסטו ביותר מ-90 מעלות. אפילו עם עלה בעובי זעיר של 6x10-8 מטרים (בערך 200 אטומים). התוצאות היו בניגוד לניבוי המבוסס על מודל עוגת הצימוקים.

מסקנות
תוצאות הניסוי גרמו תדהמה לחוקרים, שבאה לידי ביטוי בהתבטאותו של רתרפורד שאמר: "זה היה כמעט בלתי יאמן, זה כמו שתירה פגז בקוטר 15 אינצ'ים על חתיכת נייר טואלט, והוא יחזור אליך".

בתחילת 1911 פרסם רתרפורד מודל מתוקן למבנה האטום, הוא נודע כ"מודל הפלנטרי". התוצאות הראו שאטום בעל מטען חיובי מפוזר לא ייתכן, במקום זה הוסק שהמטען החיובי מרוכז. רתרפורד הבין שהאטום הוא ברובו חלל ריק, כשרוב מסתו מרוכזת במרכזו, בגרעין, ושהאלקטרונים מסתובבים סביבו ומוחזקים במסלולם על ידי משיכה אלקטרוסטטית. קוטר הגרעין הוא בסביבות 10-15 מטרים, במרכז אטום שקוטרו הוא בסביבות 10-10 מטרים. חלקיקי האלפא שפגעו בגרעין הוסטו בחוזקה. רובם לא הוסטו כמעט בכלל מכיוון שהמרחק שלהם מהגרעין היה גדול יחסית.

המודל הפלנטרי שופר על ידי נילס בוהר למודל שנודע כמודל בוהר שהוצע בשנת 1913. לאטום על-פי רתרפורד היו מספר בעיות, העיקרית שבהן הייתה שהאלקטרונים הסובבים את הגרעין, ככל מטען מואץ, אמורים לפלוט קרינה אלקטרומגנטית (פוטונים) ואיבוד האנרגיה בדרך זו תגרום להם לנוע בספירלה ולהתנגש בגרעין תוך זמן קצר. הניחוש של רתרפורד היה שהגרעין מעניק איזושהי "אנרגיה קושרת" שמאזנת את איבוד האנרגיה באלקטרון.

קישורים חיצוניים

 המאמר המקורי שפורסם על ידי גייגר ומרסדן 
היסטוריה של הפיזיקה
פיזיקה אטומית
פיזיקה גרעינית
רתרפורד
פיזיקת חלקיקים