|基本粒子8︱卢瑟福是怎样发现原子核的？这个过程可不简单( 二 )

所以卢瑟福就说了那句话，这个现象的不可思议程度，就像是朝一张纸发射了一枚15英寸的炮弹，但炮弹却返回来打到了自己。
因为在卢瑟福的心里， α粒子的质量很大，速度很高，所以所携带的动能是相当可观的，那按照汤姆逊的说法，在原子就没有这么个东西可以直接挡住α粒子。所以这个实验结果非常的惊奇。
接下来的关键问题就是，汤姆逊如何根据这个实验结果，判断出原子核的存在。其实这个过程是非常的复杂，并不是我们常听说的那么容易。因为实验结果是1909年就做了出来，但是直到1911年卢瑟福才发表了原子核的概念；
可以看出两年的时间啊，卢瑟福在这期间考虑了很多可能，解决了很多思想上的困难，最后还提出了一个验证原子核模型的方法，在通过实验确认之后，才发表了自己论文。也可以看出，卢瑟福是一个十分严谨的人，不喜欢猜测，这也是为什么他不喜欢理论物理学家的原因。
好，下面我们就大概地说下，卢瑟福确认原子核的过程。首先它要否定自己老师的原子模型，在盖革和马斯登的实验中，在0.87°这个角度下， α粒子被散射的数目最多，也就是在这个角度下被散射的概率最大。
但是刚才说了，在2万个α粒子中就会出现那么一个α粒子朝后散射的情况，说明这个散射角度超过了90° ，这角度是α粒子的入射方向和出射方向的夹角，超过了90度，肯定就朝后散射了。
这比刚才那个最大散射概率的角度大了100倍，如果按照汤姆逊的模型， α粒子是与电子发生相互作用才发生了偏转，但是这个偏转角度很小，那想要通过与电子的作用，持续累积到大于90度的偏转角度，在数学的概率中，这种几率非常小是不可能实现的。
所以汤姆逊就猜测，大角度的偏转不是多次的碰撞出现的，是α粒子在于原子中的某个东西的一次碰撞中就出现的大角度的偏转。
那由于α粒子的质量很大，速度很快，且带正电，卢瑟福就猜测α粒子很可能是撞到了一个大质量的，也带正电的东西。
在1911的论文中，卢瑟福计算了这么一种情况， α粒子正面撞上这个带正电的重粒子，这种情况就像是用皮球去砸一堵墙，皮球在一瞬间速度会降为0 ，这个瞬间皮球的动能会变为弹性势能，然后弹性势能又转化为皮球的动能，皮球会朝相反的方向运动。
α粒子和这个重粒子的碰撞也一样，也遵循能量守恒的规律，起初α粒子的动能可以根据α粒子的质量、速度的平方给算出来。
那α粒子在靠近这个带正电的重粒子的时候，会感受一个电斥力，这个电斥力和α粒子的速度方向相反，所以电斥力对α粒子做了负功，也可说α粒子所携带动能在对抗着电斥力在做正功。
总之，当α粒子在重粒子附近停下来的时候，电斥力所做的功就等于α粒子最初的动能，电斥力所做的功就等于（Ke×α粒子的电荷×重粒子的电荷）/α粒子和重离子最接近时候的距离。
因此我们就可以根据这个关系，列出一个公式， 1/2×α粒子的质量×α粒子的初始速度2=Ke×α粒子的电荷×重粒子的电荷）/α粒子和重离子最接近时候的距离。
所以我们就能算出：α粒子和重粒子最接近时候的距离=（2×Ke×重粒子的电荷）/（α粒子的质荷比×α粒子初始速度2）
公式中α粒子的质荷比、初始速度都是已知的量，但是不知道重粒子的电荷值，但我们可以假设它是单位电荷，也就是电子电荷值得Z倍。
所以最后我们就能算出α粒子和重粒子相撞，最近的距离是3.4×Z×10^-16米，即使这个重粒子的电荷是电子电荷的几百倍，那这个距离依然比金原子的大小小了1000倍。
所以卢瑟福就猜测， α粒子撞上了原子中质量很大，但半径很小，且带正电的东西。再加上我们之前的一些证据，比如说，原子的质量是电子的几千倍，需要解释其他的质量去了哪里？原子不带电，但电子带负电，需要解释正电荷在哪里？
还有一些实验也为卢瑟福提供了参考，比如我们发现阴极射线也就是电子可以在气体中穿行很长的距离，这也意味着原子内部大部分是虚空。
因此卢瑟福就设想了它的原子模型，原子核带正电，以平衡电子电荷，且包含了原子绝对部分的质量，体积却很小，电子在核外绕着原子核运行。
到这里还没有结束，卢瑟福需要验证自己的想法，他的论文才能发表，验证的方法是这样的，卢瑟福需要根据自己的原子模型计算出，在大于某一偏转角度的范围内， α粒子被散射的概率是多少，比如在偏转角大于90度的范围内， α粒子被偏转的概率是多少？如果计算值与实验测量值吻合，那就说明原子核没有问题。