ラザフォードの原子模型
ラザフォードの発見後、原子は単一の粒子ではなくもっと小さな粒子が集まって構成されていることが徐々に判明していった。原子核は原子自体よりもずっと小さく、原子の体積の大部分は何もないことが判明していった。
その後、X線を使って原子内の電子数(原子番号と同じ)が数えられることがわかった。X線が原子を通過するとき、その一部が散乱し、残りはそのまま通過する。X線が散乱するのは電子とぶつかって散乱した部分であり、X線の減衰した量を計測することで原子内の電子数を正確に推測可能となった。
1911年、ラザフォードは予想もしていなかった実験結果の解釈として、原子の内部構造に関する独自の模型を発表した。原子内では中心の電荷(原子核のことだが、ラザフォードは核 (nucleus) という用語は使っていない)の周りを雲のように電子が飛び回っているとした。この1911年の論文でラザフォードが確信していたのは、原子の小さな中心領域に正または負の電荷が集中しているという点だけだった。
「具体的には、高速なアルファ粒子が原子を通り抜けた経路から、原子には正の中心電荷 Ne があり、それとは逆に帯電した N 個の電子がその周囲にある」
既知の速度のアルファ粒子が 100e の中心電荷にどれだけ近づけるかを純粋にエネルギーの観点で考え、ラザフォードは金の中心電荷の半径が 3.4×10 メートルよりも小さい(実際どれぐらい小さいかは不明)という計算結果を得た(現代の計算値はその5分の1)。金の原子自体の半径は 10 メートルであり、中心電荷がその3000分の1の大きさしかないという驚くべき結果だった。
ラザフォードの原子模型は原子の電荷と質量が中心に集中していることを明らかにしたが、原子の残りの部分がどうなっているのか、電子がどういう軌道を描いているかについては全く言及していない。