המדען ג'י ג'י תומסון מצא בניסוייו שבאטומים של כל היסודות ישנם חלקיקים תת-אטומיים
זהים. לחלקיקים תת-אטומיים אלו ניתן השם אלקטרונים ולהם יש מטען חשמל שלילי.
תומסון חשב שכל אטום הוא גופיף בעל מטען חשמלי חיובי ובתוכו נטועים האלקטרונים הטעונים שלילית.
מודל האטום על פי תומסון מכונה בשם מודל "עוגיות הצימוקים".
לפי מודל זה האטום, כמו ה"עוגה", הוא כדור הומוגני (אחיד) כך שאם היינו זורקים עליו אבן,
או כדור, היינו מצפים כשהם יחדרו דרכו, בדיוק כשם שאבן, או כדור, יכולים לחדור דרך עוגה.
אילו הייתם זורקים בצורה דומה כדורים רבים, על קיר הייתה מתקבלת התוצאה הבאה:
כל אחד מהכדורים פוגע בקיר ומוחזר ממנו. באופן כללי, ניתן לקבל מידע אודות הצורה של
הגוף מהצורה בה מוחזרים ממנו הכדורים.
נחזור לעניינינו. כפי שנאמר, לפי מודל האטום כפי שהציגו תומסון, היינו מצפים
שכדורים, או קליעים, יחדררו דרך צבר של אטומים בלי הפרעה , ממש כפי שהיינו מצפים שאבן תחדור דרך גליון נייר.
הראשון שיכול היה לדוק הנחה נו היה המדען היו-זילנדי ארנסט רתרפורד.
רתרפורד היה מראשוני החוקרים של תופעת הרדיואקטיביות (פליטה של חלקיקים/קרינה
מאטומים של יסודות מסוימים).
הוא בדק את התנהגות של אחד מסוגי החלקיקים שנפלטים מחומרים
רדיואקטיביים-חלקיקי a (אלפא), בתנאים שונים. חלקיקי אלפא הם גופיפים המורכבים משני
פרוטונים (חלקיקים טעונים חיובית) ושני נויטרונים (חלקיקים ניטראליים מבחינה חשמלית).
רתרפורד הכניס מדגם של רדיום (יסוד רדיואקטיבי) לתוך מכל עופרת שבצידו הקדמי
יש סדק קטן. דרך סדק זה יכולים חלקיקי ה-a לצאת. מול הסדק הוצב גלאי – מסך
מצופה בחומר פלוארוצנטי. חומר זה רגיש לפגיעות של חלקיקי a כך שכתוצאה של כל פגיעה
מופיע נצנוץ. רתרפורד הציב מדגמים של חומרים שונים בדרכם של החלקיקים ובדק אם הם
חודרים דרך החומר. רתרפורד שם לב כי בכמה מניסוייו לא התנהגו ה"קליעים" שלו כפי שניתן
היה לצפות לפי המודל של תומסון. בכמה מקרים סטו חלקיקי האלפא מן המסלול הצפוי.
מה הייתם עושים במקרה כזה?
- מתעלמים מן התוצאות מתוך הנחה שזו טעות.
- חוזרים על הניסוי פעמים נוספות בתנאים שונים.
- מחליטים שהמודל שגוי ו"ממציאים" מודל חדש.
- מתעלמים מן התוצאות מתוך הנחה שזו טעות.
לעיתים מדענים אכן בוחרים בדרך זו. יחד עם זאת יש לזכור שכמה תגליות חשובות נעשו דווקא משום שמדענים לא התעלמו מתוצאות בלתי צפויות.
גם רתרפורד לא התעלם מן התוצאות הללו. הוא חזר על הניסוי פעמים רבות אין ספור, ובתנאים שונים. - חוזרים על הניסוי פעמים נוספות בתנאים שונים.
זה בדיוק מה שעשה רתרפורד. הוא חזר על הניסוי פעמים רבות אין ספור, ובתנאים שונים. - מחליטים שהמודל שגוי ו"ממציאים" מודל חדש.
מדע שונה מסיפורים או מספרי מדע בדיוני. על סמך תופעה אחת, בדרך כלל, לא ממצאים מודל חדש. יחד עם זאת, רתרפורד לא התעלם מן התוצאות הללו. הוא חזר על הניסוי פעמים רבות אין ספור, ובתנאים שונים.
כדי לבדוק את מידת הפיזור של חלקיקי אלפא, השתמש רתרפורד במכשיר שעיצב ובדק מה תהיה מידת הסטיה של חלקיקי האלפא הנשלחים לעלה זהב דק.
רתרפורד ציפה שחלקיקי האלפא יעבורו בקו ישר את עלה הזהב או שיסטו מעט מדרכם. אבל לא יכול היה לצפות לכך שחלק מה ה"קליעים" שלו יחזרו בזווית. רתרפורד מצוטט כאומר: "זה היה כל-כך בלתי אפשרי, כאילו ירית פגז לכיוון ממחטה והוא חוזר ופוגע בך".
רתרפורד חזר על הניסוי מאות פעמים וספר את מספר הפגיעות של חלקיקי האלפא במקומות שונים במסך.
מבין 172,671 פגיעות שספר, רובן, כלומר- 172,523 פגעו באזור שציפה שיפגעו בו, לעומת זאת, באזור לא ציפה שיפגעו נספרו 148 פגיעות בלבד.
בואו ונסכם את המידע שהיה בידיו של רתרפורד:
- באטום יש אלקטרונים בעלי מטען חשמלי שלילי.
- האטום ניטראלי מבחינה חשמלית ולכן יש בו גם מטען חשמלי חיובי.
- מרבית חלקיקי האלפא (98.7%) חדרו דרך עלה הזהב וכמעט לא שינו את כיוונם.
- חלקיקי אלפא בודדים שינו את מסלולם באופן ניכר.
כאמור, בחן רתרפורד את המסלולים של חלקיקי האלפא ש"נורו" אל עלה הזהב.
מן החישובים הרבים שערך, הגיע רתרפורד למסקנה כי רק המודל הבר יסביר את תוצאות הניסוי.
לפי זאת, חלקיקי האלפא אשר שינו את מסלולם, נתקלו במשהו שמנע מהם להמשיך בדרכם,
בדומה לקיר שלא איפשר לכדור להמשיך בדרכו.
