Odkrycie protonu

Ernest Rutherford w 1911 roku wykorzystywał cząstki alfa do bombardowania atomów. Natura tych cząstek nie była jeszcze znana, ale wiadomo było, że są one wysyłane z atomów, czyli są od nich znacznie mniejsze, oraz mają ładunek dodatni.

Doświadczenie Rutherforda z 1911 roku polegało na zbadaniu rozproszenia wiązki cząstek alfa  o znacznej energii, które padały na tarczę wykonaną z cienkiej metalowej folii. Cząstki alfa  są kilka tysięcy razy cięższe od elektronów, więc ich ruch nie był znacząco zakłócany przez elektrony.

Rys.1. Układ doświadczalny Rutherforda do badania rozpraszania cząstek alfa  w cienkiej metalowej folii.

Źródłem cząstek alfa była cienkościenna rurka wypełniona radonem. Eksperyment polegał na zliczaniu cząstek alfa , które rozpraszały się pod różnymi kątami . W doświadczeniu większość cząstek ulegała odchyleniu o małe kąty, jednakże niewielka ich część rozproszona została pod bardzo dużymi kątami (bliskimi 180 stopni). Było to przełomowe odkrycie, gdyż sądzono, że ładunek dodatni w atomie był rozłożony równomiernie w całej jego objętości (model atomu Thomsona), więc ciężkie cząstki alfa powinny przelatywać przez atom, nieznacznie tylko zmieniając swój kierunek. Rutherford podsumował to wydarzenie następująco: „To było tak, jakby piętnastocalowy pocisk, wystrzelony w kawałek bibułki, odbił się od niej  i trafił w strzelającego”.

Rutherford zaproponował, że cały dodatni ładunek i prawie cała masa atomu są skupione w małym jądrze, które znajduje się w środku atomu. Jądro zajmuje jedynie  objętości całego atomu, dlatego też występowanie gwałtownych zderzeń jest dość rzadkie. Elektrony zaś krążą po orbitach wokół jądra.

W latach 1919–1924 przeprowadzono serię doświadczeń, które polegały na bombardowaniu wielu różnych jąder cząstkami alfa , w celu lepszego zbadania jądra. W pierwszych doświadczeniach tarczę stanowiły atomy azotu. Eksperymenty te polegały na tym, że cząstki alfa były kierowane na jeden z końców rury, którą wypełniał azot, a z drugiej strony rejestrowane były rozproszone cząstki. Rutherford stwierdził, że wśród cząstek wylatujących znajdują się także jądra wodoru, mimo że nie użyto go do doświadczenia. Cząstki alfa  musiały więc wybijać jądra wodoru z tarczy azotowej. W kolejnych doświadczeniach zastosowano inne tarcze jądrowe i we wszystkich przypadkach obserwowano przemianę jąder. Było to dowodem na to, że jądra mają określoną strukturę wewnętrzną.

Najprostszym atomem jest wodór, który zawiera jeden elektron i jedno jądro, które jest cząstką naładowaną dodatnio. Nazwane ono zostało protonem. Proton jest 1836 razy cięższy od elektronu, czyli praktycznie cała masa atomu wodoru pochodzi z protonu. W związku z tym, że protony są wybijane z różnych pierwiastków, Rutherford wywnioskował, że to właśnie one niosą ładunek dodatni we wszystkich jądrach. Im większy jest ładunek dodatni jądra, tym więcej protonów ono zawiera.

Symbol
Klasyfikacja	barion, hadron
Ładunek
Masa
Spin	1/2
Struktura	uud