ラザフォード散乱
このことから、ラザフォードは質量の大部分が小さな、正電荷を帯びた領域(核・中心電荷)を電子が取り囲んでいるという結論に達した。正に帯電したアルファ粒子が十分に核に接近した場合にのみ、大きな角度の偏向を起こせるだけの強い斥力を受ける。核のサイズの小ささが反跳するアルファ粒子の数が少ないことを説明できる。ラザフォードは、後述の方法を用いて、核は 10 m よりも小さいことを示した。
ラザフォードはその後、アルファ線の水素原子核(陽子)による散乱時に起こる非弾性散乱も解析している。この現象はラザフォードにより初めて観測されたにもかかわらず、ラザフォード散乱とは呼ばれない。このような過程においては、非クーロン力が影響を持ちはじめる。このような力、そして軽い標的から散乱粒子が得るエネルギーが根本的に散乱結果を変化させ、これにより標的の情報が得られる。1960年代には、このような過程を用いる深部非弾性散乱法により原子核の内部が調査された。
1908年から1910年にかけてと1913年の4度、ハンス・ガイガーとアーネスト・マースデンが、数原子にまで薄くした金箔にアルファ線を照射するガイガー・マースデンの実験をラザフォードの指導の下で行っていた時、2度目の実験の際に初めて発見された。実験当時、原子はJ. J. トムソンの提唱した、負電荷(ブドウ)が正電荷を帯びた球体(パン)にちりばめられたブドウパン模型のように理解されていた。もしこの理解が正しければ、「パン」部分は現在のモデルにおいて正電荷が集中している原子核よりも大きく拡がっており、そんなに大きなクーロン力を及ぼすことはできず、アルファ粒子は小さな角度だけ偏向するに留まるはずだった。
しかし、ほとんどのアルファ粒子はほぼ直進するにも関らず8000個に1つほどのアルファ粒子はとても大きな角度(90°超)の偏向されるという興味深い結果が得られた。