Ernest Rutherford
Kouluvuodet > Tutkimustyö ja saavutukset yliopistoissa > Manchesterin yliopisto, Englanti (1907–19)

Manchesterin yliopistossa Rutherford painotti tutkimuksiensa suunnan jälleen alfa-, beta- ja gammasäteilyyn ja siihen, miten näiden säteilynlajien avulla voitaisiin saada uutta tietoa atomien luonteesta. Hän jätti radiokemian muille tutkijoille ja palasi takaisin fysiikkaan. Rutherford onnistuikin fysikaalisissa tutkimuksissaan osoittamaan sen, mitä oli jo pitkään epäillyt. Alfa-hiukkanen oli helium-atomi ilman elektroneitaan. Hän halusi kuitenkin saada paremmat todisteet tietonsa tueksi ja teki useita uusia kokeita tutkimusryhmänsä kanssa. Yhdessä Hans Geigerin kanssa Rutherford kehitti sähköisen ilmaisimen, ”elektrometrin”, ionisoituneiden hiukkasten havaitsemiseen. Tämän mittalaitteen avulla hän pystyi kokeellisesti määrittämään tärkeitä fysikaalisia vakioita mm. Avogadron vakion. Myöhemmin Geiger viimeisteli Walther Mϋllerin kanssa mittalaitteen radioaktiivisuuden mittaamiseen, Geiger(Mϋller)putken, mikä on universaali mittalaite nykypäivänkin radioaktiivisuusmittauksissa. Rutherford antoi Geigerin johdolla nuorelle opiskelijalleen Ernest Madsenille tehtäväksi mitata alfapartikkelien suhteellisen määrän suhteessa sirontakulmaan ja selvittää heijastuisiko yhtään alfasäteilyä takaisin metalleista (tunnetaan nykyään Rutherfordin kokeena). Madsen havaitsi, että osa alfa-säteilystä heijastui takaisin metalleista ja jopa suoraan takaisin ohuesta kultakalvosta. Tämä tulos yllätti hieman jopa Rutherfordia. Näistä tuloksista hän päätteli vuonna 1911, että lähes koko atomin massa on keskittynyt sen pieneen ytimeen, mikä on tuhat kertaa pienempi kuin atomi itse ja näin suurin osa atomista olisi tyhjää tilaa. Atomin ydin oli löydetty. Tämä toinen suuri Rutherfordin keksintö antoi hänelle pysyvää mainetta. Vuonna 1912 tanskalainen fyysikko Niels Bohr vieraili Rutherfordin laboratoriossa ja osoitti vuotta myöhemmin Rutherfordin tulosten tärkeyden. Bohr todisti, että radioaktiivisuus oli peräisin atomin ytimestä ja kemialliset ominaisuudet ydintä kiertävistä elektroneista. Hän käytti Rutherfordin kvantti-ideaa ja loi sen avulla atomin elektroneille orbitaalimallin. Näin uusi atomimalli oli luotu. Rutherfordin ja Bohrin atomimallit ovat edelleen nykypäivän kemian ja fysiikan oppikirjoissa. Lisäksi Rutherfordin sirontaa käytetään edelleen avuksi mikroelektroniikan laitteissa, joita käytetään ytimen hiukkasten ja atomiorbitaalien havaitsemiseen.
Ensimmäisen maailmansodan (1914–1918) syttymisvuonna Rutherford aateloitiin ritariksi. Sota aikana hän teki tutkimuksia hallitukselle kehittäen akustisia menetelmiä sukellusveneiden havaitsemiseksi. Nämä tiedot jaettiinkin sitten Amerikkalaisten kanssa. Samalla hän tuloksettomasti yritti vakuuttaa, että nuoria tutkijoita olisi parempi käyttää sodan aikaisten haasteiden kehityksessä ja tutkimuksissa sen sijaan, että heidän elämänsä ja tieteellinen lahjakkuutensa tuhottaisiin juoksuhaudoissa. Sodan loppupuolella vuonna 1917 Rutherford palasi takaisin atomitieteen harjoittamiseen. Pommittaessaan kevyitä atomeja alfasäteilyllä Rutherford huomasi, että syntyvien ulostulevien hiukkasten energian on suurempi kuin alfasäteilyn ja arveli hiukkasten olevan vedyn ytimiä (protoneja H+). Tämän havainnon perusteella hän päätteli, että pommitus oli samalla muuttanut typpiatomit happiatomeiksi. Hän oli siis onnistunut alfa-hiukkasten (He2+) avulla muuttamaan alkuaineen toiseksi alkuaineeksi ydinreaktiossa. Näin Rutherfordista tuli maailman ensimmäinen onnistunut alkemisti ja ensimmäinen, joka halkaisi ytimen, ja näin hän sai pysyvän tieteellisen maineen. Nämä tutkimustulokset julkaistiin sodan jälkeen vuonna 1919.