Rutherford a Manchesterben, 1907-1919
Ernest Rutherford fedezte fel az atom magját 1911-ben. Ezt olvashatjuk tankönyvekben és népszerű írásokban is. De mit jelent ez a kijelentés? A földrajzi felfedezés általában azt jelenti, hogy először lát egy helyet. De lehet-e a felfedezés ugyanaz a látástól rejtett birodalomban? Ebben az értelemben nem lehet atomot látni., Tehát ez arra utal, hogy talán a mag felfedezésének története bonyolultabb volt. A történet, ahogy a Manchesteri Egyetem Rutherford laboratóriumában kibontakozott, valódi emberek körül forgott. Frusztrációkkal és győzelmekkel járt. Kemény munkát, zavartságot és inspirációt jelentett.
amikor Rutherford 1907-ben Manchesterben professzor lett, modern laboratóriumokat talált mind a tanítás, mind a kutatás számára. Elődje, Arthur Schuster sürgetésére több mint 40 000 fontot emeltek a fizikai program felruházására. Összehasonlításképpen, Rutherford nagylelkű fizetése £1,600/év volt., Hitel: a könyvből: a Manchesteri Egyetem Fizikai laboratóriumai: rekord 25 éves munka a Manchesteri Egyetemen, Manchester: az egyetemi sajtóban, 1906. AIP Emilio Segrè vizuális Archívum, törékeny Könyvek Gyűjteménye.
Rutherford 1907 nyarán érkezett Manchesterbe, hónapokkal az egyetem kezdete előtt. 1851-1934 között Arthur Schuster (1851-1934) fizikai professzornak nevezték ki, aki 56 évesen vonult vissza Rutherford toborzására. Schuster épített egy modern fizika épület, bérelt Hans Geiger, Ph. D., (1882-1945) kísérleti képességei miatt új pozíciót kapott a matematikai fizikában, hogy teljes fizikai programot kerekítsen ki. Rutherford belépett a fizikai világ központjába. A kutatók tucatjával jöttek hozzá.
Rutherford számos kutatási kérdést szem előtt tartva érkezett. Nem végezte el a tórium, rádium stb. bomlási családjainak rejtvényeit. de a munka nagy részét Boltwoodnak, Hahnnak és Soddynek adta át. Boltwood és Hahn együtt dolgozott Rutherforddal Manchesterben, Boltwooddal 1909-1910-ben és Hahn-nal 1907-1908-ban., Rutherford fokozatosan sokkal inkább az α (Alfa), β (béta) és γ (gamma) sugarakra fordította a figyelmét, és arra, hogy mit fedhetnek fel az atomról. Vagyis a rádió-kémiát másoknak hagyta, és a fizikához fordult.
Rutherford mindig fényes fiatal kutatók csoportját gyűjtötte körül. Ebben a csoportban az 1910-es fotó Ernest Marsden és Hans Geiger. Elöl és középen Schuster és Rutherford, hátul pedig William Kay, a tehetséges és segítőkész laboratóriumi steward. Hitel: J. B. Birks, Szerk.,, Rutherford Manchesterben (London: Heywood & Co., 1962), 38.
Rutherford korai Manchesteri csapatához tartozott Geiger és William Kay (1879-1961), 1894 óta junior laboratóriumi asszisztens. Rutherford 1908-ban laboratóriumi intézővé léptette elő Kay-t, hogy kezelje a laboratóriumi berendezéseket, és segítse kutatásában. 1957-ben Kay egy interjúban visszagondolt Rutherford fiatalságára. A nyelv furcsa, de a leírás olyan közel áll Rutherford megközelítéséhez,mint mi., A kérdező Samuel Devons (1914-2006) volt, aki Rutherford egyik utolsó tanítványa volt az 1930-as években.
Hans Geiger volt Rutherford fő partnere az alpha-ray kutatásban 1907-től 1913-ig. Együtt számos módszert fejlesztettek ki az alfa-sugarak kimutatására. Bebizonyították, hogy az alfa-sugarak kétszeresen ionizált héliummagok. Kb. 1908. Hitel: AIP Emilio Segre vizuális Archívum, fizika ma gyűjtemény.
Rutherford és Hans Geiger 1907-ben és 1908-ban szorosan együttműködtek az α-részecskék detektálásában és mérésében., Ha α részecskéket használnának az atom szondázásához, először többet kellett tudniuk ezekről a részecskékről és viselkedésükről. Rutherford megpróbálta és kudarcot vallott Mcgillnél, hogy megszámolja az α részecskéket.
egy évvel később Manchesterben Geigerrel két módszerrel sikerült megfigyelni az α-részecskéket. Az első módszer az α-részecskék által gerjesztett szcintillációkat tartalmazott egy vékony cink-szulfidrétegen. Ezeket mikroszkóppal figyelték meg, és különböző diszperziós szögekben számolták a szcintillációkat., Kifejlesztettek egy “elektrométert” is, amely demonstrálhatja az egyes α-részecske nagy közönségnek való áthaladását. A “Geiger-számlálóvá” átalakuló műszer egy részben evakuált fémhengerrel rendelkezett, amelynek közepén egy huzal volt. A henger és a vezeték közötti feszültséget szinte szikrázni kezdték. Az α-részecskéket egy vékony csillámablakon keresztül engedték be, ahol ezek a részecskék gázokkal ütköztek, gázionokat termeltek. Ezek ezután összeütköztek más molekulákkal, és több iont termeltek, és így tovább., Mindegyik α részecske ionok kaszkádját hozta létre, amely részben kiürítette a hengert, és egy α részecske áthaladását jelezte. Geiger és Rutherford 1908-ban és 1909-ben számos cikket publikált ezekről a módszerekről és azok használatáról.
Rutherford írta Henry Bumstead (1870-1920) amerikai fizikusnak 1908.július 11-én:
Geiger jó ember, és rabszolgaként dolgozott. Soha nem találtam volna időt a drudgery-re, mielőtt jó stílusban folytatnánk a dolgokat. Végül minden jól ment, de a szórás az ördög. A cső működött, mint egy varázsa, és mi könnyen kap egy dobás 50 mm., minden egyes részecske esetében. … Geiger egy démon a szcintillációk számlálásánál, és egy egész éjszaka időközönként számíthat anélkül, hogy megzavarná az egyenlőségét. Két perc után visszavonultam. (Idézve Éva, 180. o.)
bár Rutherford már 1906-ban gyanította, hogy az α részecskék hélium atomok, amelyek elektronjaiktól megfosztottak, magas szintű bizonyítékot követelt. Az egyik fajta kísérlet nem volt elég. Az egyik fajta detektor nem volt elég. Több bizonyítékot akart., Ehhez Rutherford “nagy feszültségeket” és nagy elektromágneseket kívánt az α-részecskék elterelésére, de ez a módszer még nem volt Érett. William Kay, a laboratóriumi steward az idézett szóbeli történeti interjúban emlékeztetett arra, hogy Rutherford 1908-ban ragaszkodott ahhoz, hogy erős elektromos és mágneses mezőkre van szükség az α És β részecskék töltésének és tömegének közvetlen méréséhez:
Kay szerint Rutherford egy nagy, vízhűtéses mágnest akart, de “forró süteményként dobta el”, amikor megtudta annak költségeit. Tehát új támadási vonalra volt szüksége. Az új vonal nagyon egyszerű volt, kémiai eljárás kevert fizika., Ehhez a munkához Rutherford Thomas Royds-t (1884-1955) vette fel, aki 1906-ban fizikai kitüntetést szerzett. Egy lezárt üvegcsőbe gyűjtötték az α-részecskéket, összenyomták őket, és elektromos szikrát juttattak át rajta. Megvizsgálták a kibocsátott fényt egy spektroszkópban, és megállapították, hogy azonos a hélium spektrumával. Néhány hónapon belül Rutherford elnyerte a kémiai Nobel-díjat, “az elemek szétesésével, valamint a radioaktív anyagok kémiájával kapcsolatos vizsgálataiért.,”(Nobel citation) Rutherford és Royds meghatározták az α részecskék azonosságát és elsődleges tulajdonságait. Rutherford ezután felhívta a figyelmét arra, hogy használja őket az atom szondázására.
1908 ősze fontos kutatássorozatot indított. Geiger járt gerendák az α-részecskék keresztül arany, illetve egyéb fém fóliák, használja az új észlelési technikák mérni, hogy mennyire ezek a gerendák voltak szétszórt által az atomok a fóliák. Geiger szerint Ernest Marsden (1889-1970), a Honours Physics 19 éves hallgatója kész segíteni ezeken a kísérleteken, és javasolta Rutherfordnak., Mivel Rutherford gyakran tolta a harmadik éves hallgatókat a kutatásba, mondván, hogy ez volt a legjobb módja annak, hogy megismerjék a fizikát, könnyen egyetértett.
Ez a rajz, a Geiger-s Marsden 1909 cikk azt mutatja, egy kúp alakú üvegcső, tele “rádium emanáció” (radon), zárt le a B vékony panel a csillámot. Ez volt az Alfa (α) részecskék forrása. S egy cink-szulfid képernyő volt, amely szcintillált, amikor egy α részecske megütötte. A P egy ólomképernyő volt, amely megakadályozta, hogy az α-részecskék közvetlenül a cink-szulfid képernyőre kerüljenek., Az RR különböző fémek (beleértve az aranyat is) fóliája (vagy fóliája) volt, amely “diffúz módon tükrözte” az α részecskéket. Geiger és Marsden megfigyelőmikroszkóp segítségével figyelték meg a keletkező szcintillációkat, M. Credit: H. Geiger és E. Marsden, “az α-részecskék diffúz visszaverődésén”, Proceedings of the Royal Society, 1909, 82: 495-500.
Geiger és Marsden kis szögű diszperzióval kezdtek, és különböző vastagságú fóliákat próbáltak ki, matematikai összefüggéseket keresve a fólia szórása és vastagsága, illetve az atomok száma között., Marsden később emlékeztetett arra, hogy Rutherford azt mondta neki a kísérletek közepette: “nézze meg, hogy kaphat-e valamilyen hatást az alfa-részecskékre, amelyek közvetlenül tükröződnek egy fémfelületről.”(Marsden jelentése Birksben, 1962, 8. o.). Marsden kétségbe vonta, hogy Rutherford várható vissza scatter az α-részecskék, de mint Marsden írta,
volt egy ilyen megérzéseid, hogy talán némi hatása lehet állapítani, hogy minden esetben, hogy a szomszédos terület, ez a Tom Félpennys darált lehet vizsgálni, amelyet a felderítő., Rutherford mindig készen állt, hogy megfeleljen a váratlan és kihasználni azt, ahol kedvező, de azt is tudta, mikor kell megállni az ilyen kirándulások. (Birks,1962, 8. o.)
Ez Rutherford játékos megközelítése volt. Tanítványai és társai kipróbálták ötleteit, amelyek közül sok zsákutca volt. Ez az ötlet, hogy az α részecskék visszatükröződését keresse, azonban kifizetődött., Rutherford írta:
kísérlet, amelyet a fegyelmezett képzelet irányít, akár egy egyén, akár még mindig jobb, változatos mentális szemléletű egyének csoportja képes olyan eredményeket elérni, amelyek messze meghaladják a legnagyobb filozófus képzeletét. (Idézve Eve, 1939, Frontmatter)
valamikor később, 1908-ban vagy 1909-ben, Marsden mondta, jelentette eredményeit Rutherfordnak. Rutherford egy kicsit másképp emlékezett erre:
emlékszem …később Geiger nagy izgalommal fordult hozzám, és azt mondta: “sikerült visszahoznunk az α-részecskék egy részét…,”Ez volt a leghihetetlenebb esemény, ami valaha történt velem az életemben. Szinte hihetetlen volt, mintha egy 15 colos héjat lőtt volna egy darab papírzsebkendőre, és visszajött és eltalált volna. (Rutherford, 1938, 68. o.)
az emberi memória hibás. Akár Marsden, akár Geiger elmondta Rutherfordnak, a hatás ugyanaz volt. Rutherford azt mondta, hogy készítsenek egy kiadványt ebből a kutatásból, amelyet 1909 májusában nyújtottak be. Sőt, ez kezdett Rutherford gondolkodás felé, amit végül, majdnem két évvel később, tette közzé, mint egy elmélet az atom.,
mit keresett Rutherford 1909 hátralévő részében és 1910-ben? Egy dolog, közeli barátja Boltwood Manchesterben volt a tanévben Rutherforddal a rádium radioaktív bomlástermékeiről. Az atomszerkezettel kapcsolatos korábbi elképzelésekről is beszélt és beszélt. A legfontosabb, hogy szisztematikusan szétszedte az α-részecskék szóródásának jelenségét, és minden egyes darabot megvizsgált. Rutherfordnak nem volt merész ötlete — a nukleáris atom — azonnal, de fokozatosan jött hozzá, figyelembe véve a problémát sok oldalról.,
1910 őszén visszahozta Marsdent Manchesterbe, hogy geigerrel együtt elvégezze ötleteinek szigorú kísérleti tesztelését. Újra meghatározták a sugárzás mértékét és az α-részecskék tartományát radioaktív forrásokból, és újra megvizsgálták statisztikai elemzéseiket. Rutherford megpróbálta összeegyeztetni a szórási eredményeket a különböző atommodellekkel, különösen J. J. Thomsonéval, amelyben a pozitív villamos energiát egyenletesen szétszórtnak tekintették az atom egész területén.
Rutherford korai, dátum nélküli (1910 vagy 1911), durva jegyzetei., Az első néhány sor: “az atom szerkezetének elmélete. Tegyük fel, hogy atom áll + töltés ne közepén & of-charge elektron elosztva gömb sugara r. ” ezután durva ki ötleteket a számítás az erő eltérítés egy töltött részecske halad közel ez a feltöltött központ. Hitel: J. B. Birks, Szerk., Rutherford Manchesterben (London: Heywood & Co., 1962), 70.
1910-1911 telének egy bizonyos pontján Rutherford kidolgozta egy atom alapötletét egy “feltöltött központtal”.,”Amint Geiger és Marsden rámutattak 1909-es cikkükben:
ha figyelembe vesszük az α-részecske nagy sebességét és tömegét, meglepőnek tűnik, hogy az α-részecskék egy része, amint azt a kísérlet mutatja, 6 x 10-5 cm-es rétegben forgatható. aranyból 90° – os szögben, sőt még több. Ahhoz, hogy egy mágneses mező hasonló hatást fejtsen ki, 109 abszolút egység hatalmas mezőjére lenne szükség. (Birka, p., 179)
Rutherford 1911. májusi tanulmányában arra a következtetésre jutott, hogy egy hatalmas töltött részecske útján ilyen figyelemre méltó eltérés csak akkor érhető el, ha mondjuk egy arany atom tömegének nagy része és töltésének nagy része egy nagyon kis központi testben koncentrálódik. Megjegyzés: Ezen a ponton 1911-ben Rutherford nem nevezte ezt a “nucleus.”
meg kell Flash Player telepítve hallgatni ezt a hangfelvételt.,
Rutherford nukleáris elméletének első nyilvános bejelentése a manchesteri irodalmi és Filozófiai Társaság ülésén történt, és meghívott minket fiatal fiúkat a találkozóra. Azt mondta, van néhány érdekes mondanivalója, és úgy gondolta, szeretnénk hallani őket. Akkor még nem tudtuk, miről van szó. A laboratóriumban dolgozó idős emberek persze tudták, hogy Geiger és Marsden azért, mert már elvégezték a kísérleteket. Valójában, hacsak nem tettek olyanokat, amelyek elegendőek voltak a döntéshez, Rutherford soha nem említette nyilvánosan., Természetesen Darwin sokkal korábban tudott róla. De ez már 1911 elején lehetett, és elmentünk a találkozóra, és elmondta nekünk. Akkor megemlítette, hogy van néhány kísérleti bizonyíték, amit Geiger és Marsden szerzett meg. Amennyire emlékszem, nem mondott többet az eredményekről, mint hogy meglehetősen meghatározóak voltak. És, ahogy korábban mondtam, soha nem tett volna ilyen nyilvános bejelentést, ha nincs jó bizonyítéka., És ez az egyik jellemzője, hogy végigfut minden Rutherford munkáját, különösen az összes munkáját végéig a Manchester időszak. Ha megnézed néhány dolgozatát a korai napokban — Mcgillnek hívom a korai napokat — eléggé meg volt győződve arról, hogy az alfa-részecskék hélium atomok, de soha nem mondta ezt ezekkel a szavakkal. Mindig azt mondta, hogy vagy hélium atomok vagy hidrogén molekulák, vagy talán valami mást mondott erről a súlyról., Nagyon jellemző volt rá, hogy soha nem mond semmit, hacsak nem rendelkezik kísérleti bizonyítékokkal arra, hogy valóban elégedett vele.
A tény, Rutherford rendkívül óvatos következtetések levonása erről központi töltés: “Egy egyszerű számítás azt mutatja, hogy az atom biztos helyet egy erős elektromos mező annak érdekében, hogy készítsen egy ilyen nagy deflexion egyetlen találkozás.”(Birks, 183. o.). Gyorsan és durván kidolgozta, hogy több kvantitatív kapcsolatnak igaznak kell lennie, ha ez az alapelmélet helyes., Először is, az adott szögben szétszórt α-részecskék számának arányosnak kell lennie a fólia vastagságával. Másodszor, ennek a számnak arányosnak kell lennie a nukleáris töltés négyzetével. Végül fordítottan arányosnak kell lennie az α részecske sebességének negyedik teljesítményével. Ez a három elképzelés határozta meg a Geiger és Marsden jövő évi kísérleti programját.
meg kell Flash Player telepítve hallgatni ezt a hangfelvételt.,
Rutherford érdeklődése ezután szinte teljes egészében a kutatásban volt. Mcgillben nagyon keveset tanított. Kutatóprofesszor volt. Azt hiszem, tartott néhány előadást, de nagyon kevés lett volna. Érdeklődése természetesen a kutatási oldalon volt. Ő tartott néhány előadást, de elemi előadások, az a fajta dolog, amit elvár egy ember tudni, mielőtt eljött az egyetemre. Ők voltak az előadások a mérnököknek. Garázdák voltak, Rutherford pedig kordában tudta tartani őket., Talán csak egy másik ember volt az osztályon, aki meg tudta volna csinálni, és ő (Rutherford?) élvezte őket, mert meg tudta mutatni nekik azokat a nagyon érdekes kísérleteket, amelyeket az elemi tanfolyamokon lehet elvégezni.
gyakran mondták nekem, hogy Rutherford rossz előadó volt. Soha nem hallottam ilyen ostobaságot. Igaz, hogy időnként kissé unalmas lenne, kissé összekeveredik, de ez csak nagyon ritka esetekben volt. Voltak más alkalmak is, amikor igazán ösztönző volt. Óriási lelkesedés volt róla.,
Rutherford felvetette annak lehetőségét, hogy a feltöltött központ negatív. Ez furcsán hangzik ma, tehát mi tette ésszerűvé? Először is, nem volt nagyon különbözik Thomson modelljétől. Másodszor, mivel Rutherford tudta, hogy az α részecskék kettős + töltést hordoznak, úgy gondolta, hogy ez ugyanúgy működhet, mint a nap egy közeli üstökösön. Az α-részecske a forrás felé fordul és visszafordul. Egy majdnem elfelejtett modellt is figyelembe vett, amelyet Hantaro Nagaoka (1865-1950) Japán fizikus javasolt — a Saturnian modell., Nagaoka és Rutherford 1910-ben és 1911-ben kerültek kapcsolatba egymással, Rutherford pedig megemlítette Nagaoka modelljét “egy központi vonzású tömeg, amelyet forgó elektronok gyűrűi vesznek körül” (Birks, 203. o.). Ennek a kritikus Rutherford-papírnak a végeredménye azonban Rutherford bejelentése volt, hogy az atom lemez vagy gömb volt-e, sőt, hogy a központi töltés pozitív vagy negatív volt-e, nem befolyásolja a számításokat. Rutherford mindig óvatos volt, hogy ne állítson többet, mint amennyit az eredményei támogathatnak.,
Rutherford 1911.májusi híres tanulmányában az alfa-részecskék aranyfóliával történő szórásáról tartalmazta ezt a vázlatot egy részecske hiperbolikus útjáról. Credit: E. Rutherford,” the Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of Matter, ” Philosophical Magazine, 1911, 21:669-688.
Rutherford látta a központi töltés jellegének lehetséges tesztjeit. Azt mondta, hogy a β-részecskék felszívódásának különböznie kell a negatív középponttól a pozitívhoz képest., Egy pozitív központ megmagyarázná azt a nagy sebességet, amelyet az α részecskék elérnek a radioaktív elemek kibocsátása során. De ezek csak tippek voltak.
ez a vázlat a Geiger és Marsden által végzett 1912-13. R volt az alfa-részecskék forrása, e volt az aranyfólia, M pedig az aranyfólián középpontos függőleges tengely körül forgatható mikroszkóp. A D membránon áthaladó forrásból származó alfa-részecskéket a fólia szétszórta, és a képernyőn szcintillációként figyelték meg., Geiger és Marsden megfigyelték a szétszórt részecskék szögeit a mikroszkóp-képernyő szerelvény forgatásával. Credit: H. Geiger and E. Marsden, “the Laws of Deflexion of α Particles through Large Angle,” Philosophical Magazine, 1913, 25:604-623.
Geiger és Marsden valóban szisztematikusan dolgoztak Rutherford központi töltéshipotézisének tesztelhető következményei révén. Az első nagy közzététele az eredmények volt a német az Eljárás során a Bécsi tudományos Akadémia (Sitzungberichte der Wiener Akademie der Wissenschaften) 1912-ben., Ezt a 30 oldalas változatot 1913-ban egy angol nyelvű követte a filozófiai magazinban:” az α részecskék nagy szögeken keresztüli Deflexiójának törvényei ” az angol változat a jobban ismert. A kettő közötti enyhe különbségek arra késztették az egyik történészt, hogy Rutherford 1912 augusztusáig (Trenn, 1974) pozitív töltésű központ mellett döntött. Rutherford többi csapattagja, különösen Charles Galton Darwin (1887-1962), H. G. J. Moseley (1887-1915) és Niels Bohr (1885-1962) kiemelkedő szerepet játszott Rutherford nukleáris atomjának végső létrehozásában.,
the young Henry G. J. Moseley, in the Balliol-Trinity Laboratory, Oxford, ca. 1910. Később abban az évben, Moseley kutatásokat kezdett Rutherford Manchester labor. Ragyogó karrierjét az első világháborúban rövidítették le. Credit: Oxfordi Egyetem, a tudománytörténeti Múzeum, AIP Emilio Segrè vizuális Archívum, fizika ma gyűjtemény.
A “Nagy Háború” teljesen megzavarta a Rutherford Manchesteri részlegének munkáját. Bohr visszatért Dániába. Marsden elfogadta a professzori Új-Zélandon. Moseley meghalt a Gallipoli csatában., James Chadwick (1891-1974), aki Geigerrel dolgozott a Berlini Műszaki Egyetemen, amikor a háború kitört, több évet töltött a Ruhleben táborban hadifoglyok számára. Más diákok is háborúba mentek, Rutherford pedig jelentős energiát fordított arra, hogy mozgósítsa a tudományt a háborús erőfeszítésekhez, különösen a tengeralattjáró-ellenes technikákhoz.
Niels Bohr először 1912-ben dolgozott Rutherforddal a
Manchesterben. A képen a fiatal Niels és Margrethe Bohr látható, kb., 1914-ben, amikor Bohr Charles Galton Darwint váltotta a manchesteri Matematikai Fizika Schuster-olvasójaként. Hitel: AIP Emilio Segre vizuális Archívum, Margrethe Bohr gyűjtemény.
ezzel a zavart háttérrel Rutherford és labor intézője, William Kay 1917-ben kezdte meg az α-részecskék hidrogénen, nitrogénen és más gázokon keresztüli áthaladását. Amikor a Nagy Háború véget ért, Ernest Marsden röviden segített az unalmas szcintillációs megfigyelésekben, amelyek nyomokat adtak a mag természetére. Rutherford 1919-ben jelentette be ezeknek a kiterjedt kísérleteknek a kísérleti eredményeit., Rutherford egy C (bizmut-214) rádiumforrást helyezett el egy lezárható sárgaréz tartályba, amelyet úgy szereltek fel, hogy a forrás helyzete megváltozzon, és hogy különböző gázokat lehessen bevezetni vagy vákuumot lehessen előállítani. Az α-részecskék áthaladtak a tartály belsejében, és átmentek egy résen, amelyet egy ezüstlemez vagy más anyag borít, majd egy cink-szulfid képernyőre ütköztek, ahol egy sötétített helyiségben szcintillációt figyeltek meg. Amikor hidrogéngázt juttattak a tartályba, és ügyeltek arra, hogy az α-részecskéket még a képernyőre érés előtt felszívják, még mindig megfigyelték a szcintillációkat., Rutherford azt állította, hogy ahogy az α részecskék áthaladtak a hidrogéngázon, alkalmanként összeütköztek a hidrogénmagokkal. Mint Rutherford írta, ez “gyors hidrogénatomokat” eredményezett, amelyeket többnyire előre vetítettek az α részecskék eredeti mozgásának irányába.
Rutherfordnak számos finom kérdése volt a kísérletek során, amelyek többnyire a mag természetével foglalkoztak., Ő megkérte kollégáját, Darwin, hogy elemezze ezek az ütközések alapján egy egyszerű elmélet’ a rugalmas ütközések között pont magok taszította szerint egy inverz négyzetes törvény, az α-részecskék kezében egy felelős, 2-szor, hogy az elektron (de ellenkező előjelű), valamint a hidrogén atommagok 1 alkalommal. Darwin úgy találta, hogy a 2, 4×10-13 cm-en belül közeledő α-részecskék “gyors hidrogénatomot” hoznak létre.”Ez az egyszerű elmélet azonban sokkal kevesebb gyorsított hidrogénatomot jósolt meg, mint amit a kísérletekben megfigyeltek.,
Rutherford elutasította ennek a varianciának a magyarázatát a részecskékre vagy más törvényekre vonatkozó különböző díjak alapján, mint az inverz négyzettörvények. Inkább arra a következtetésre jutott, hogy az elektron átmérőjének sorrendjében lévő távolságokra ” a héliummag szerkezete már nem tekinthető pontnak…”. Azt állította, hogy a héliummag (α részecske) komplex szerkezete négy hidrogénmag, valamint két negatív töltésű elektron. (Azt mondanánk, hogy két protonból áll.,) Rutherford arra a következtetésre jutott, hogy a komplex magok deformációja az ütközések során valószínűbb magyarázat, az erők változása a magok között komplex módon, szoros megközelítéssel változik.
figyelembe véve az ilyen ütközésekben játszott intenzív erőket, nem lenne meglepő, ha a hélium magja felbomlana. Nincs bizonyíték ilyen szétesésre, ami arra utalna, hogy a héliummagnak nagyon stabil szerkezetűnek kell lennie.,
emlékeznünk kell arra, hogy Rutherford nem tudta közvetlenül megfigyelni a mag szerkezetét, így következtetései óvatosak voltak. Mindazonáltal nyíltan fontolóra vette egy komplex mag lehetőségeit, amely képes deformációra, sőt esetleges szétesésre is. Ezek a gondolatok formálták a kísérleti kutatások ezen intenzív időszakát.