GCSE&Alevel物理，原子核究竟是如何發(fā)現(xiàn)的

 

 

  無(wú)論在GCSE物理還是Alevel物理中，原子核的結(jié)構(gòu)以及發(fā)現(xiàn)歷史都是一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)，很多同學(xué)對(duì)這部分的理解也是一知半解，今天在這里，咱們就總結(jié)下這個(gè)知識(shí)點(diǎn)：
 

在α粒子散射實(shí)驗(yàn)之前，人們廣泛認(rèn)為原子模型是由一個(gè)均勻的帶正電的材料和負(fù)電的材料均勻分布在它的整個(gè)原子核上，就像一個(gè)醋栗面包Currant Bum，有時(shí)被稱(chēng)為梅子布丁Plum Pudding模型。

 

直到蓋革Geiger和馬斯登Marsden進(jìn)行了一項(xiàng)研究，他們用α粒子(氦原子核)射向一片非常薄的金片，并測(cè)量了分散在不同角度的粒子的比例。

 

 

根據(jù)這個(gè)模型，他們預(yù)期的結(jié)果是，粒子會(huì)穿過(guò)金箔，但是由于正粒子和原子中的正粒子之間的靜電排斥，粒子會(huì)通過(guò)小角度偏離。大多數(shù)粒子的形態(tài)都滿(mǎn)足預(yù)期， 但令他們驚訝的是，蓋革和馬斯登發(fā)現(xiàn)，一些粒子偏離了大角度，有些幾乎回到了他們進(jìn)入的軌跡。

 

 

 

蓋革Geiger和馬斯登Marsden證實(shí)了他們的結(jié)果，并意識(shí)到現(xiàn)有的模型無(wú)法解釋所得到的結(jié)果。

 

隨后盧瑟福Rutherford通過(guò)散射實(shí)驗(yàn)探測(cè)原子的結(jié)構(gòu)。盧瑟福提出了一個(gè)新的原子模型，可以解釋實(shí)驗(yàn)結(jié)果-原子的核模型。

 

 

盧瑟福Rutherford意識(shí)到，由于金箔太薄，所以大散射角不能解釋為大量較小散射的總和。為了解釋大散射角，原子必須由一個(gè)極小的密集中心組成，其中幾乎所有的質(zhì)量和所有正電荷都集中在其中，這樣，大多數(shù)粒子只會(huì)通過(guò)避開(kāi)中心電荷/質(zhì)量濃度而稍微偏離，但一些離中心較近的粒子會(huì)發(fā)生大偏差。

   他根據(jù)高度散射粒子的比例計(jì)算了電荷/質(zhì)量濃度的相對(duì)大小，他得出的結(jié)論是：與半徑為10^-10米的原子相比，原子核的半徑為10^-15m。

 

此時(shí)中子仍未被探測(cè)到。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果使現(xiàn)有的原子模型被拋棄，轉(zhuǎn)而支持核模型，完全改變了我們對(duì)物質(zhì)的理解。它是科學(xué)史上最重要的研究之一。

 

深度非彈性散射的應(yīng)用Deep inelastic scattering
 

阿爾法粒子不能用來(lái)探測(cè)更深的物質(zhì)。如果我們想研究原子核中每個(gè)粒子的性質(zhì)，即質(zhì)子和中子，我們必須使用高能電子。正如α粒子通過(guò)原子的非常規(guī)散射導(dǎo)致了我們對(duì)組成原子的不同粒子的理解，所以氫核中電子的不均勻散射導(dǎo)致了這樣一種理解，即每個(gè)粒子不是一個(gè)團(tuán)，而是由較小的粒子組成的。

   而這種理論也導(dǎo)致了夸克的發(fā)現(xiàn)，即構(gòu)成質(zhì)子和中子的粒子。這種類(lèi)型的散射稱(chēng)為非彈性散射，因?yàn)榱Ｗ又g的相互作用并不能減少動(dòng)能。
 

用深度非彈性散射方法人們發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子和中子的組成。

 

至此對(duì)于原子核內(nèi)部的研究，進(jìn)入到一個(gè)相對(duì)廣泛認(rèn)可的階段，而隨著探測(cè)手段的更新，對(duì)于原子核內(nèi)部分其他認(rèn)識(shí)，也會(huì)隨著時(shí)間的推移，一一浮出水面。