原子核物理简介之：科学家是如何发现原子核的？

我们对原子核的认识起源于对原子结构的研究。

1987年，英国物理学家 J. J. Thomson发现了电子[1]；1904年Thomson提出了原子的葡萄干蛋糕模型(Plum Pudding Model)[2]，他认为一个电中性的原子是由带正电的物质和电子构成，其中带正电的物质均匀地分布于整个原子内，而电子就像蛋糕中的葡萄干一样镶嵌在原子之中。

在1908年 至1913年间，Hans Geiger 和 Ernest Marsden 在 Ernest Rutherford 的指导下，做了一系列的alpha粒子碰撞金原子的散射实验[3-6]。按照Thomson的葡萄干蛋糕模型，alpha粒子只会受到很小的库仑力，因此只会发生一个非常小角度的散射，几乎就是径直地穿过金原子，然而他们的实验结果显示，有部分的alpha粒子会发生大于90度的散射，用Rutherford的话形容就是用子弹打纸，子弹却反弹了回来，非常的不可思议。Rutherford提出了原子的核式结构成功地解释了这一现象[7]。这一系列实验则被称为Rutherford gold foil experiment或者是Geiger–Marsden experiment(s)。

Rutherford认为，原子的几乎所有质量都集中在原子核心处非常小的区域内，该区域带有正电，而电子则围绕其运动动，半径为原子半径。原子核由此得名，它的英文单词nucleus一词来源于拉丁语，本意为the seed of fruits。

Thomson原子模型和Rutherford原子模型

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参考文献

[1] J. J. Thomson M.A. F.R.S. (1897) XL. Cathode Rays , The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 44:269, 293-316, DOI: 10.1080/14786449708621070.

[2] J.J. Thomson F.R.S. (1904) XXIV. On the Structure of the Atom: an Investigation of the Stability and Periods of Oscillation of a number of Corpuscles arranged at equal intervals around the Circumference of a Circle; with Application of the Results to the Theory of Atomic Structure, The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science, 7:39, 237-265, DOI: 10.1080/14786440409463107

[3] Geiger, Hans (1908). "On the Scattering of α-Particles by Matter" . Proceedings of the Royal Society of London A. 81 (546): 174–177. Bibcode:1908RSPSA..81..174G. doi:10.1098/rspa.1908.0067

[4] Geiger, Hans; Marsden, Ernest (1909). "On a Diffuse Reflection of the α-Particles" (PDF). Proceedings of the Royal Society of London A. 82 (557): 495–500. Bibcode:1909RSPSA..82..495G.doi:10.1098/rspa.1909.0054

[5] Geiger, Hans (1910). "The Scattering of the α-Particles by Matter" (PDF). Proceedings of the Royal Society of London A. 83 (565): 492–504. Bibcode:1910RSPSA..83..492G. doi:10.1098/rspa.1910.0038

[6] Geiger, Hans; Marsden, Ernest (1913). "The Laws of Deflexion of α Particles through Large Angles" (PDF).Philosophical Magazine. Series 6. 25 (148): 604–623. doi:10.1080/14786440408634197

[7] Rutherford, Ernest (1911). "The Scattering of α and β Particles by Matter and the Structure of the Atom".Philosophical Magazine. Series 6. 21: 669–688. doi:10.1080/14786440508637080