ラザフォードの実験について

質問

α粒子を薄い金箔にぶつけた実験について
詳しく教えてください。
中学生でもわかるように詳しく具体的に
でも簡潔に。

回答No.2

eiectron

金箔は、金の原子が何千万個も隣り合って、整然と並んでいて、人間の目には、隙間のない金箔に見えます。
　しかし、現在、金の原子１個の構造は、丁度、太陽の周りを回る地球、火星、すい星、土星、・・・と同じ構造をしていて、
　太陽に相当する中心部分に金の原子核と名前を付けた重さがα粒子の５０倍もある大きな粒子があり、その回りを、電子と言う、重さがα粒子の1/５６００の軽い小さな粒子が７９個回っている事が分りました。
　これも、ラザーフォードが、α粒子（これはヘリューム原子の原子核なんです）を金箔にぶつける実験で、全ての原子には、中心に重い原子核と言う中心物質があることを突き止めたお陰なのです。
　なぜ、そう判断したかです。

　上に、金の原子核と、その回りを回る７９個の軽い電子と、α粒子の重さの違いを示しました。

　判断の元になった科学知識（物理学の知識とも言います）は、重い玉（仮に鉄の玉で考えましょう）と軽い玉が衝突したら、重い玉は、スピードが少ししか変わらず、直進します。軽い方は、すごいスピードで跳ね飛ばされます。もし、α粒子とその１/５６００の電子とぶつかったら、α粒子は、ぶつかった影響が全くなく、何事もなかった様にそのまま通りぬけます。
　α粒子とα粒子の５０倍の重さの金の原子核とぶつかったら、正面衝突なら、α粒子の方がもと来た方向に、かなりのスピードで跳ね飛ばされるし、斜めや端に衝突したら、角度をつけて跳ね飛ばされます。
　様々な角度で反射します。

　金箔にα粒子を多数打ち込んだ時、ほんのいくつかのα粒子が、違った角度で跳ね飛ばされたのを観察したのです。　それで、α粒子よりかなり重い粒子が金箔の空間に浮いていると分ったのです。はね返されるスピードで、相手との重さの違いが分るからです。
　どうして、たった少数のα粒子だけが跳ね飛ばされたか？これについては、金の原子核とその回りを回る電子雲の広がりの直径は、忘れましたが、金の原子核の１０万倍ほどあります（水素原子で原子核の１０万倍と言いますから）。

　鉛筆の太さ１ｃｍを金の原子核の大きさとすると、金の原子核の回りを回る電子の電子雲の直径は、１０００００ｃｍ＝１０００ｍ＝１Ｋｍ。と言う事になり、
　金箔は人間の目には隙間のないきれいな金箔に見えますが、α粒子や電子の目から見るとスカスカな空間だと言う事が分ります。
　当たる方が不思議なくらいでしょう。運が良かったともいえます。
　これで原子には中心物質の「原子核」があることが分ったのです。

　これで如何でしょう。

お礼

ありがとうございました

回答No.1

sanori

ははー。ラザフォード散乱のことですね。

例え話がいいですね。
まず、下準備で、十円玉と十円玉でおはじきをしましょう。
一方を静止させておいて、それに対してもう一方をぶつけると、ぶつかったのが静止して、ぶつかられたほうが飛んでいきます。
ここまではいいですね？

次に、１円玉と５百円玉でおはじきをしましょう。
５百円玉を静止させておいて、１円玉をそれにぶつけましょう。
そうすると、５百円玉は、あまり動きません。
１円玉は反射するように、もとと逆向きへはねかえります。
このときの１円玉がα粒子（質量数４）、５百円玉が何かの原子の原子核（質量数たくさん）と考えればいいんです。

金箔には、金の原子がびっしり並んでいますが、原子の大きさというのは、電子で決まっているものなので、原子核（５百円玉）だけ見ると、ものすごくすかすかにしか並んでいません。
ですから、１円玉をぶつけても、なかなか当たらないし、当たっても、斜めに当たったり、かすったり、になってしまうこともあるわけです。
（当たらなければ、さらに深いところの原子と当たったりしますが）

このように１円玉をぶつけたときに、１円玉が、どういう角度でどのくらいの確率ではねかえってくるかということを計算するときに、原子核の存在を仮定すると、とても実験結果とよく合うわけです。

ですから、私だったら、中学生には、まず、コインでおはじきをしてもらうでしょうね。

お礼

ありがとうございました