Rutherford Manchester, 1907-1919
Ernest Rutherford löysi ytimen atom vuonna 1911. Luemme tämän oppikirjoista ja suosituista kirjoituksista. Mutta mitä tuo lausunto tarkoittaa? Maantieteellinen löytö tarkoittaa yleensä sitä, että näkee paikan ensimmäistä kertaa. Mutta voiko löytyminen olla sama näköpiiristä piilossa olevalle valtakunnalle? Siinä mielessä atomia ei voi nähdä., Tämä viittaa siis siihen, että ehkä tarina ytimen löytymisestä oli monimutkaisempi. Tarina, kun se avautui Rutherfordin laboratoriossa Manchesterin yliopistossa, pyöri oikeiden ihmisten ympärillä. Siihen liittyi pettymyksiä ja voittoja. Siihen sisältyi kovaa työtä ja hämmennystä ja inspiraatiota.
kun Rutherfordista tuli Manchesterin professori vuonna 1907, hän löysi moderneja laboratorioita sekä opetukseen että tutkimukseen. Edeltäjänsä Arthur Schusterin kehotuksesta yli 40 000 puntaa nostettiin fysiikkaohjelman lahjoittamiseksi. Vertailun vuoksi Rutherfordin runsas palkka oli 1 600 puntaa vuodessa., Luotto: kirjasta: fyysinen laboratorioissa, University of Manchester: ennätys 25 vuotta työtä University of Manchester, Manchester: University Press, 1906. AIP Emilio Segrè visuaalinen arkisto, hauras Kirjat kokoelma.
Rutherford saapui Manchesteriin kesällä 1907, kuukausia ennen yliopiston kauden alkua. Hänet oli nimetty Langworthyn fysiikan professoriksi, Arthur Schusterin seuraajaksi (1851-1934), joka jäi eläkkeelle 56-vuotiaana värvätäkseen Rutherfordin. Schuster oli rakentanut modernin fysiikan rakennuksen, palkkasi filosofian tohtori Hans Geigerin., (1882-1945), koska hänen kokeellinen taitoa, ja jolla uuden aseman matemaattisen fysiikan pyöristää koko fysiikka-ohjelma. Rutherford nousi fysiikkamaailman keskiöön. Tutkijat tulivat hänen luokseen tusinan verran.
Rutherford saapui paikalle monet tutkimuskysymykset mielessään. Hän ei ollut valmis palapelit rappeutuminen perheiden torium, radium, jne., mutta hän välitti suuren osan tästä työstä Boltwoodille, Hahnille ja Soddylle. Boltwood ja Hahn työskentelivät molemmat Rutherfordin kanssa Manchesterissa, Boltwoodissa 1909-1910 ja Hahnissa 1907-1908., Rutherford käänsi vähitellen huomionsa paljon enemmän α (alfa) -, β (beeta) – ja γ (gamma) – säteisiin itseensä ja siihen, mitä ne voisivat paljastaa atomista. Toisin sanoen hän oli jättämässä radiokemian muille ja kääntymässä fysiikkaan.
Rutherford kokosi aina joukon kirkkaita nuoria tutkijoita ympärilleen. Tässä ryhmäkuvassa vuodelta 1910 ovat Ernest Marsden ja Hans Geiger. Etu-ja-keskus ovat Professorit Schuster ja Rutherford, ja keskellä takana on William Kay, lahjakas ja hyödyllinen laboratorio luottamusmies. Luotto: J. B. Birks, toim.,, Rutherford at Manchester (Lontoo: Heywood & Co., 1962), vastapäätä S.38.
Rutherfordin varhaiseen joukkueeseen Manchesterissa kuuluivat Geiger ja William Kay (1879-1961), junior laboratory assistant vuodesta 1894. Rutherford ylensi Kayn laboratoriohoitajaksi vuonna 1908, hoitamaan laboratoriolaitteita ja auttamaan häntä tutkimustyössään. Vuonna 1957 Kay muisteli nuoruuttaan Rutherfordin kanssa haastattelussa. Kieli on viehättävää, mutta kuvaus on yhtä lähellä Rutherfordin lähestymistapaa kuin saamme., Kysyjä oli Samuel Devons (1914-2006), joka oli yksi Rutherford on viime opiskelijoille 1930-luvulla.
Hans Geiger oli Rutherford on tärkein kumppani alfa-ray-tutkimus vuodelta 1907 1913. Yhdessä he kehittivät useita tapoja havaita alfasäteitä. Ne todistivat alfasäteiden olevan kaksin-ionisoituneita heliumytimiä. N. 1908. Luotto: AIP Emilio Segre Visual Archives, Physics Today Collection.
Rutherford ja Hans Geiger työskentelivät vuosina 1907 ja 1908 tiiviisti α-hiukkasten havaitsemisessa ja mittaamisessa., Jos he aikoivat käyttää α-hiukkasia atomin tutkimiseen, heidän oli ensin tiedettävä enemmän näistä hiukkasista ja niiden käyttäytymisestä. Rutherford oli yrittänyt ja epäonnistunut Mcgillissä laskemaan α-hiukkasia.
vuotta myöhemmin Manchesterissa hän ja Geiger onnistuivat kahdella tapaa havainnoida α-hiukkasia. Ensimmäiseen menetelmään kuului α-hiukkasten innostamat skintillaatiot ohuella sinkkisulfidikerroksella. He havaitsivat nämä mikroskoopilla ja laskivat skintilaatiot eri dispersiokulmissa., He myös kehittänyt ”electrometer”, joka voisi osoittaa kulkua yksittäisen α-hiukkasen suuri yleisö. Väline, joka kehittyi ”Geiger counter,” oli osittain evakuoitiin metalli sylinteri lanka alas sen keskellä. Ne levitetään välinen jännite on sylinterin ja viiran tarpeeksi korkea, lähes kipinä. He myönsivät α-hiukkasia ohuen kiille-ikkunan läpi, jossa nämä hiukkaset törmäsivät kaasuihin tuottaen kaasu-ioneja. Nämä törmäsivät sitten muihin molekyyleihin ja tuottivat lisää ioneja ja niin edelleen., Jokainen α-hiukkanen tuotti ionien kaskadin, joka purki sylinterin osittain ja osoitti α-hiukkasen kulkua. Geiger ja Rutherford julkaisivat vuosina 1908 ja 1909 useita artikkeleita näistä menetelmistä ja niiden käytöstä.
Rutherford kirjoitti Henry Bumstead (1870-1920), Yhdysvaltalainen fyysikko, 11. heinäkuuta 1908:
Geiger on hyvä mies ja raatoi kuin orja. En olisi koskaan löytänyt aikaa raadolle ennen kuin saimme asiat sujumaan hyvällä tyylillä. Lopulta kaikki meni hyvin, mutta hajaantuminen on paholainen. Putki toimi kuin unelma ja saimme helposti 50 mm: n heiton., jokaiselle hiukkaselle. … Geiger on demoni työssä laskenta scintillations ja voisi laskea välein koko yön häiritsemättä hänen tyyneyttä. Kirosin tarmokkaasti ja lopetin kahden minuutin jälkeen. (Lainattu eeva, s.180.)
Vaikka Rutherford epäillään jo 1906, että α-hiukkaset ovat helium-atomien riisuttu niiden elektronit, hän vaati korkea näyttökynnys. Yhdenlainen kokeilu ei riittänyt. Yhdenlainen ilmaisin ei riittänyt. Hän halusi lisää todisteita., Tätä varten Rutherford toivoi” isoja jännitteitä ” ja isoja sähkömagneetteja α-hiukkasten harhauttamiseksi, mutta tämä menetelmä ei ollut vielä kypsä. Lab luottamusmies William Kay muistutti mainittu suullinen historia haastattelussa, että Rutherford vuonna 1908 vaati, että vahva sähkö-ja magneettikentät olivat tarpeen mitata suoraan varauksen ja massan α-ja β-hiukkaset:
Kay sanoi Rutherford halusi ison, vesijäähdytteinen magneetti, mutta että hän ”putosi kuin kuuma kakku”, kun hän oppi sen kustannukset. Hän tarvitsi uuden hyökkäyslinjan. Uusi linja oli hyvin yksinkertainen, fysiikkaan sekoitettu kemiallinen menettely., Tästä työstä Rutherford rekrytoitu Thomas Royds (1884-1955), jotka olivat ansainneet hänen fysiikan aateliset tutkinto vuonna 1906. He keräsivät α-hiukkasia suljettuun lasiputkeen, puristivat ne ja välittivät sähkökipinän läpi. He tutkivat spektroskopissa säteilevää valoa ja havaitsivat sen olevan identtinen heliumin spektrin kanssa. Rutherford sai muutamassa kuukaudessa Nobelin kemianpalkinnon ” tutkimuksistaan alkuaineiden hajoamisesta ja radioaktiivisten aineiden kemiasta.,”(Nobel citation) Rutherford ja Royds olivat vahvistaneet α-hiukkasten identiteetin ja ensisijaiset ominaisuudet. Rutherford kiinnitti seuraavaksi huomionsa siihen, että hän käytti niitä atomin luotaamiseen.
syksyllä 1908 alkoi tärkeä tutkimussarja. Geiger oli ohi palkit α-hiukkasia läpi kulta ja muut metalliset kalvot, käyttäen uutta ilmaisutekniikkaa mitata, kuinka paljon nämä palkit olivat hajallaan atomien kalvot. Geiger luulin, Ernest Marsden (1889-1970), 19-vuotias opiskelija Aateliset, Fysiikka, oli valmis auttamaan näitä kokeiluja ja ehdotti sitä Rutherford., Koska Rutherford työnsi usein kolmannen vuoden opiskelijoita tutkimukseen ja sanoi tämän olevan paras tapa oppia fysiikasta, hän suostui auliisti.
Tämä luonnos, mistä Geiger ja Marsden on 1909 artikkeli, osoittaa, kartiomainen lasi putki, joka on täynnä ”radium emanaatioksi” (radon), suljettu pois B ohuella ruudussa kiille. Tämä oli niiden alfa (α) – hiukkasten lähde. S oli sinkkisulfidinäyttö, joka tuikahti, kun siihen osui α-hiukkanen. P oli lyijynäyte, joka esti α-hiukkasten siirtymisen suoraan sinkkisulfidinäytölle., RR oli eri metallien (MM.kullan) folio (tai kalvot), joka ”diffuusisesti heijastui” tapahtuma α hiukkasia. Geiger ja Marsden havaittu tuloksena scintillations kautta havainnoimalla mikroskoopilla, M. Luotto: H. Geiger ja E. Marsden, ”on Diffuusi Heijastus α-Hiukkasia,” Proceedings of the Royal Society,1909, 82:495-500.
Geiger ja Marsden alkoi pieni-kulma hajonta ja kokeillut eri paksuisia kalvot, etsien matemaattisia suhteita hajonta ja paksuus folio tai määrä atomeja kulki., Marsden muistutti myöhemmin, että Rutherford sanoi hänelle näiden kokeiden keskellä: ”katso, saatko jotain vaikutusta alfahiukkasista, jotka heijastuvat suoraan metallipinnasta.”(Marsden in Birks, 1962, s. 8. Marsden epäili, että Rutherford odotettavissa takaisin scatter-α-hiukkasia, mutta kuten Marsden kirjoitti
– se oli yksi niistä ’aavistuksen’, että ehkä jotain vaikutusta voisi olla havaittu, ja että joka tapauksessa, että naapurimaan alueelle, tämä Tom Tiddler on maahan voi olla tutkittu by tiedustelu., Rutherford oli aina valmis kohtaamaan odottamattoman ja hyödyntämään sitä, missä suosi, mutta hän tiesi myös milloin lopettaa tällaisilla retkillä. (Birks, 1962, s.8)
Tämä oli Rutherfordin leikkisä toimintatapa. Hänen oppilaansa ja muut kokeilivat hänen ideoitaan, joista monet olivat umpikujia. Ajatus α-hiukkasten takaisinkytkennästä kannatti kuitenkin., Rutherford kirjoitti:
Kokeilla, ohjannut kurinalaista mielikuvitusta joko yksilön tai, vielä parempi, joukko yksilöitä, monipuolinen henkinen näkymät, on mahdollista saavuttaa tuloksia, jotka ylittävät suuresti mielikuvitusta yksin suurin filosofi. (Lainattu Eeva, 1939, Frontmatter)
Joskus myöhemmin vuonna 1908 tai 1909, Marsden sanoi, hän kertoi hänen tulokset Rutherford. Rutherford muisteli tätä hieman eri tavalla:
muistan …myöhemmin Geiger tuli luokseni suurella jännityksellä ja sanoi: ’olemme saaneet osan α-hiukkasista tulemaan taaksepäin…, Se oli aivan uskomattomin tapahtuma, mitä minulle on koskaan tapahtunut. Se oli lähes uskomatonta, kuin jos sinulla ampui 15-tuuman kuori pala pehmopaperin ja se tuli takaisin ja lyödä sinua. (Rutherford, 1938, s. 68)
Ihmisen muisti on erehtyväinen. Olipa Marsden tai Geiger kertonut Rutherfordille, vaikutus oli sama. Rutherford sanoi, että heidän pitäisi valmistella julkaisu tästä tutkimuksesta, jonka he toimittivat toukokuussa 1909. Lisäksi, tämä alkoi Rutherford ajattelua kohti, mikä lopulta, lähes kaksi vuotta myöhemmin hän julkaisi teorian atomin.,
Mitä Rutherford teki loppuvuoden 1909 ja koko vuoden 1910? Ensinnäkin hänen läheinen ystävänsä Boltwood oli Manchesterissa lukuvuonna työskentelemässä Rutherfordin kanssa radiumin radioaktiivisista hajoamistuotteista. Hän myös tarkasteli ja puhui aiemmista ajatuksista atomirakenteesta. Mikä tärkeintä, hän otti ilmiön α-hiukkasten sironnasta järjestelmällisesti toisistaan ja testasi jokaista kappaletta. Rutherford ei ole hänen rohkea idea — ydinvoima-atom — heti, mutta hän tuli siihen vähitellen tarkastelemalla ongelmaa monelta puolelta.,
syksyllä 1910 hän toi Marsdenin takaisin Manchesteriin suorittamaan tarkkoja kokeellisia testauksia ideoistaan Geigerin kanssa. Ne vahvistivat uudelleen päästönopeudet ja α-hiukkasten vaihteluvälit radioaktiivisista lähteistä ja tarkastelivat uudelleen tilastollisia analyysejään. Rutherford yritti sovittaa yhteen sironta tuloksia eri atomi malleja, erityisesti J. J. Thomson, jossa positiivinen sähkön pidettiin hajallaan tasaisesti koko alalla atom.
sivun Rutherford aikaisin, päiväämätön (1910 tai 1911), karkea muistiinpanoja., Ensimmäiset rivit lukevat: ”atomin rakenteen teoria. Oletetaan, että atomi koostuu + charge ne keskeiselle & – of – maksun, kuten electron jaetaan koko pallon säde r.” Sitten hän otti esiin ajatuksia laskeminen voima taipuma on a varattu hiukkanen kulkee lähellä tätä veloitetaan center. Luotto: J. B. Birks, toim., Rutherford at Manchester (Lontoo: Heywood & Co., 1962), s. 70.
jossain vaiheessa talvea 1910-1911 Rutherford laati perusajatuksen atomista, jolla oli ”latautunut keskus.,”Kuten Geiger ja Marsden huomautti heidän 1909 artikkeli:
Jos korkean nopeuden ja massan α-hiukkanen on otettava huomioon, näyttää siltä yllättävää, että jotkut α-hiukkasia, kuten kokeilu osoittaa, voidaan kytkeä sisällä kerros 6 x 10-5 cm. kultaa kautta kulma 90°, ja vielä enemmän. Jotta magneettikentän vaikutus olisi samanlainen, tarvittaisiin 109 absoluuttisen yksikön valtava kenttä. (Birks, s., 179)
Rutherford päätteli hänen Toukokuuta 1911 kirjassa, että tällainen merkittävä poikkeama polku massiivinen varattu hiukkanen voidaan saavuttaa vain, jos suurin osa massa, sanoa, että atomi määrä kultaa ja suurin osa sen maksutta olivat keskittyneet hyvin pieni keskuselin. Huomaa: tässä vaiheessa vuonna 1911 Rutherford ei kutsunut tätä ”ytimeksi.”
tarvitset Flash Player asennettuna kuunnella äänitteen.,
ensimmäinen julkinen ilmoitus ydinaseiden teoria Rutherford oli tehnyt kokouksessa Manchester Kirjallisuuden ja Filosofinen Society, ja hän kutsui meidät nuoret pojat mennä kokoukseen. Hän sanoi, että hänellä on jotain mielenkiintoista sanottavaa ja hän ajatteli, että haluaisimme kuulla ne. Emme silloin tienneet, mistä oli kyse. Vanhemmat ihmiset laboratoriossa ei tietenkään Geiger ja Marsden tiesivät, koska he olivat jo tekemässä kokeita. Rutherford ei itse asiassa maininnut sitä julkisesti, elleivät he olleet tehneet joitakin, jotka riittivät ratkaiseviksi., Ja tietenkin Darwin tiesi siitä paljon aikaisemmin. Mutta sen on täytynyt tapahtua alkuvuodesta 1911, ja me menimme kokoukseen, hän kertoi. Ja hän mainitsi silloin, että oli olemassa joitakin kokeellisia todisteita, jotka oli saatu Geiger ja Marsden. Hän ei muistaakseni sanonut tuloksista enempää kuin että ne olivat varsin ratkaisevia. Ja kuten sanoin aiemmin, hän ei olisi koskaan julkistanut sellaista, jos hänellä ei olisi ollut hyviä todisteita., Ja että on yksi ominaisuuksista, joka kulkee läpi kaikki Rutherford työtä, erityisesti kaikki hänen työnsä loppuun asti Manchester aikana. Jos tarkastellaan joitakin hänen papereita alkuaikoina-kutsun McGill alkuaikoina-hän oli melko vakuuttunut siitä, että alfahiukkaset olivat atomeja helium, mutta hän ei koskaan sanonut niin noilla sanoilla. Hän sanoi aina, että ne ovat joko heliumin atomeja tai vetymolekyylejä, tai ehkä hän on sanonut jotain muuta siitä painosta., Hänelle oli tyypillistä, ettei hän koskaan sanoisi minkään olevan niin, ellei hänellä olisi siitä kokeellisia todisteita, jotka todella tyydyttäisivät häntä.
Itse asiassa, Rutherford oli tavattoman varovaisia johtopäätöksiä tästä keski vastaa: ”yksinkertainen laskutoimitus osoittaa, että atomi on istuin voimakas sähkökenttä, jotta voidaan tuottaa niin suuri deflexion yhdellä kohtaavat.”(Birks, s. 183. Hän toimi nopeasti ja karkeasti, että useita määrällisiä suhteita olisi totta, jos tämä perus teoria oli oikea., Ensinnäkin tietyn kulman läpi hajonneiden α-hiukkasten määrän tulisi olla verrannollinen folion paksuuteen. Toiseksi luvun pitäisi olla verrannollinen ydinlatauksen neliöön. Lopuksi sen pitäisi olla kääntäen verrannollinen α-hiukkasen nopeuden neljänteen tehoon. Nämä kolme ideaa hahmottivat Geigerin ja Marsdenin kokeellisen ohjelman seuraavaksi vuodeksi.
tarvitset Flash Player asennettuna kuunnella äänitteen.,
Rutherfordin kiinnostus oli silloin lähes kokonaan tutkimuksessa. Hän oli opettanut Mcgillissä hyvin vähän. Hän oli tutkimusprofessori. Hän piti kai muutamia luentoja, mutta niitä olisi ollut hyvin vähän. Ja hänen kiinnostuksensa oli aivan luonnollisesti tutkimuspuolella. Hän piti joitakin luentoja, mutta alkeisluentoja, sellaisia, joita voisi odottaa miehen tietävän ennen yliopistoon tuloaan. Ne olivat luennot insinööreille. He olivat riehakkaita ja Rutherford pystyi pitämään heidät kurissa., Osastolla oli ehkä vain yksi mies, joka olisi voinut tehdä sen, ja hän (Rutherford?) nautti niistä, koska hän pystyi näyttämään heille erittäin mielenkiintoisia kokeiluja, joita voidaan suorittaa alkeiskursseilla.
minulle on usein sanottu, että Rutherford oli huono luennoitsija. En ole koskaan kuullut tuollaista hölynpölyä. On aivan totta, että joskus hän olisi hieman tylsä, hieman sekava,mutta se oli vain hyvin harvoin. Oli muitakin tilanteita, jolloin hän oli todella stimuloiva. Hänessä oli valtava innostus.,
Rutherford viihdytti mahdollisuutta, että ladattu keskus on negatiivinen. Kuulostaa oudolta tänään, joten miksi se oli järkevää? Ensinnäkin, se ei ollut kovin erilainen kuin Thomsonin malli. Toiseksi, koska Rutherford tiesi, että α-hiukkasia tehdä kaksinkertainen + charge, hän ajatteli, että tämä voisi toimia samalla tavalla Aurinko tekee komeetta lakaistaan lähellä sitä. Se kiilasi α-hiukkasen ympäri ja takaisin kohti sen lähdettä. Hän piti myös japanilaisen fyysikon Hantaro Nagaokan (1865-1950) ehdottamaa lähes unohdettua mallia — Saturnuksen mallia., Nagaoka-ja Rutherford olivat yhteydessä vuonna 1910 ja 1911 ja Rutherford mainitsi, Nagaoka on malli ”keski houkutella massa surround renkaat pyörivät elektroneja” (Birks, p. 203). Lopputulos tässä kriittisessä Rutherford paperi oli kuitenkin Rutherford on ilmoitus, että onko atomi olivat levyn tai pallon, ja todellakin, onko keski-maksu oli positiivinen tai negatiivinen, ei vaikuta laskelmiin. Rutherford varoi aina vaatimasta enemmän kuin hänen tuloksensa voivat tukea.,
Vuonna Rutherford on nyt-kuuluisa paperi Voi 1911 lähtien hajonta alfa hiukkasia, kulta folio, hän mukana tämä luonnos hyperbolinen polku hiukkasen. Luotto: E. Rutherford, ”α-Ja β-hiukkasten hajonta aineen ja aineen rakenteen mukaan”, filosofinen aikakauslehti, 1911, 21:669-688.
Rutherford näki mahdollisia testejä Keskisen latauksen luonteesta. Hänen mukaansa β-hiukkasten absorption pitäisi olla erilainen negatiivisella keskuksella vastaan positiivisella., Positiivinen keskus selittäisi sen suuren nopeuden, jonka α-hiukkaset saavuttavat radioaktiivisten alkuaineiden päästöjen aikana. Mutta nämä olivat vain vihjeitä.
Tämä kaavio edustaa hienostunut kokeiluja 1912-13 tekemä Geiger ja Marsden. R oli lähde alfa-hiukkaset, E oli kultaa folio, ja M oli mikroskoopin pyörivä noin pystyakselin keskittyy kultaa folio. Alfa-hiukkaset lähteestä läpi kalvon D, olivat hajallaan folio, ja havaittiin scintillations ruudulla S., Geiger ja Marsden tarkkailivat hajanaisten hiukkasten kulmia pyörittämällä mikroskoopin ja näytön muodostamaa kokonaisuutta. Luotto: H. Geiger ja E. Marsden, ”Lakeja Deflexion α-Hiukkasia läpi Suuria Kulmat,” Filosofinen Aikakauslehti, 1913, 25:604-623.
Geiger ja Marsden todellakin toimivat järjestelmällisesti läpi testattavia vaikutuksia Rutherford ’ s central charge hypoteesi. Ensimmäinen merkittävä julkaisu, että niiden tulokset oli saksan Oikeudenkäynnissä Wienin Academy of Sciences (Sitzungberichte der Wiener Akademie der Wissenschaften) vuonna 1912., Tämä 30-sivuinen versio seurasi yksi englanti vuonna 1913 Filosofinen Aikakauslehti: ”Lait Deflexion α-Hiukkasia läpi Suuria Kulmia” englanti versio on paremmin tunnettu. Pieniä eroja kaksi led-yksi historioitsija ehdottaa, että Rutherford päätti hyväksi positiivisesti varautuneita center elokuussa 1912 (Trenn, 1974). Rutherford on muiden tiimin jäsenten, erityisesti Charles Galton Darwinin (1887-1962), H. G. J. Moseley (1887-1915), ja Niels Bohr (1885-1962) oli näkyvästi esillä perimmäinen perustaminen Rutherford ydin-atom.,
nuori Henry G. J. Moseley, vuonna Balliol-Trinity Laboratorio, Oxford, ca. 1910. Myöhemmin samana vuonna Moseley aloitti tutkimuksen Rutherfordin Manchester Labissa. Hänen loistava uransa keskeytyi taistelussa ensimmäisessä maailmansodassa. Credit: University of Oxford, Museum of the History of Science, courtesy AIP Emilio Segrè Visual Archives, Physics Today Collection.
”suuri sota” häiritsi täysin Rutherfordin Manchesterin osaston työtä. Bohr palasi Tanskaan. Marsden otti vastaan professuurin Uudessa-Seelannissa. Moseley kuoli Gallipolin taistelussa., James Chadwick (1891-1974), joka oli työskennellyt Geiger teknillisessä Yliopistossa Berliinissä, kun sota puhkesi, vietti useita vuosia harjoittelijana vuonna Ruhleben leirin sotavankien. Muut opiskelijat lähtivät sotaan, liian, ja Rutherford omistettu paljon energiaa liikkeelle tieteen sotaan ja erityisesti anti-sukellusvene tekniikoita.
Niels Bohr työskenteli ensimmäisen kerran Rutherfordin kanssa
Manchesterissa vuonna 1912. Kuvassa nuoret Niels ja Margrethe Bohr, ca., 1914, kun Bohr onnistui Galton Charles Darwin, kuten Schuster Lukija Matemaattisen Fysiikan Manchester. Luotto: AIP Emilio Segre Visual Archives, Margrethe Bohr Collection.
Vastaan hajamielinen tausta, Rutherford ja hänen lab luottamusmies, William Kay, alkoi vuonna 1917 tutkia kulkua α-hiukkasia läpi vetyä, typpeä ja muita kaasuja. Kun Suuri Sota päättyi, Ernest Marsden lyhyesti auttoi tylsiä tuike havaintoja, että vihjeitä luonteen ydin. Rutherford raportoi näiden laajojen kokeiden alustavat tulokset vuonna 1919., Rutherford sijoitettu lähde radium C (vismutti-214) on suljettavissa messinki säiliö, joka on asennettu niin, että kanta lähde voi olla muuttunut ja niin, että eri kaasut voidaan ottaa käyttöön tai tyhjiö tuotettu, kuten halutaan. Α-hiukkasia kulki säiliön sisälle ja läpi viilto, peitetty hopea levy tai muu materiaali, ja osuma sinkki rikkivetyä näyttö, jossa tuike oli havaittu pimeässä huoneessa. Kun säiliöön tuotiin vetykaasua ja pidettiin huolta α-hiukkasten absorboimisesta ennen kuin ne osuivat näyttöön, havaittiin vielä skintilaatioita., Rutherford esitti, että α-hiukkasten kulkiessa vetykaasun läpi ne törmäsivät silloin tällöin vetyytimiin. Kuten Rutherford kirjoitti, tästä syntyi ”nopeita vetyatomeja”, jotka heijastuivat enimmäkseen eteenpäin α-hiukkasten alkuperäisen liikkeen suuntaan.
Rutherfordilla oli näiden kokeiden aikana mielessä useita hienovaraisia kysymyksiä, jotka liittyivät lähinnä ytimen luonteeseen., Hän kysyi hänen kollegansa Darwin analysoida nämä törmäykset perustuvat ’yksinkertainen teoria’ elastisia törmäyksiä kohta ytimet hylkivät mukaan käänteisen neliön lakia, α-hiukkaset kuljettavat vastaa 2 kertaa elektronin (ja vastakkaista merkkiä) ja vety-ytimet 1 kertaa. Darwin havaitsi, että kaikki 2, 4×10-13 cm: n säteellä lähestyvät α-hiukkaset tuottaisivat ’nopean vetyatomin.”Tämä yksinkertainen teoria ennusti kuitenkin paljon vähemmän kiihdytettyjä vetyatomeja kuin kokeissa havaittiin.,
Rutherford hylkäsi selityksiä tämän varianssi, joka perustuu eri maksuja hiukkasia tai muita lakeja kuin käänteisen neliön lakia. Sen sijaan hän katsoi, että etäisyydet järjestyksessä halkaisija electron, ’rakenne helium ydin ei voi enää pitää kohta…’. Hän oletti, että helium ydin (α-hiukkasen) on monimutkainen rakenne neljä vety-ydintä sekä kaksi negatiivisesti varautuneita elektroneja. (Sanoisin, että se koostuu kahdesta protonista.,) Rutherford päätteli, että muodonmuutos monimutkainen ytimien törmäyksissä oli todennäköisempi selitys vaihtelu voimien välillä ytimet vaihtelevat monimutkaisella tavalla sulje lähestymistapa.
Ottaen huomioon, voimakas voimat tuodaan pelata tällaisia törmäyksiä, se ei olisi yllättävää, jos helium ydin oli hajottaa. Mitään todisteita tällaisen hajoamisen on havaittu, mikä osoittaa, että helium ydin, on oltava erittäin vakaa rakenne.,
meidän täytyy muistaa, että Rutherford ei voinut suoraan tarkkailla ytimen rakennetta, joten hänen johtopäätöksensä olivat alustavia. Hän kuitenkin pohti avoimesti mahdollisuuksia monimutkaiseen ytimeen, joka kykenee muodonmuutokseen ja jopa mahdolliseen hajoamiseen. Nämä ajatukset muokkasivat tätä intensiivistä kokeellisten tutkimusten aikaa.