L'esperienza di Rutherford: la scoperta del vuoto
Con
la scoperta della radioattività
naturale, si confermò successivamente che gli atomi non erano particelle
indivisibili, bensì erano oggetti composti da parti più piccole. Nel Joseph John Thomson
propose il primo modello fisico dell'atomo: egli immaginò che un atomo fosse
costituito da una sfera di materia caricata positivamente (protoni e neutroni
non erano stati ancora scoperti) in cui gli elettroni (negativi) erano immersi.
Thomson
era convinto, quindi, che l'atomo fosse un ente materiale pieno e questa teoria, detta modello a panettone,
rimase in vigore per qualche anno fino a quando nel Ernest Rutherford
fece un esperimento cruciale, con lo scopo di convalidare il modello di
Thomson.
Egli bombardò un sottilissimo
foglio di oro,
posto fra una sorgente di particelle alfa. Le
particelle, attraversando la lamina, lasciarono una traccia del loro passaggio
sullo schermo. Rutherford si
aspettava che tutte o la maggior parte delle particelle inviate fossero
respinte: il riscontro sperimentale fu sconcertante. L'esperimento portò alla
constatazione che i raggi alfa non venivano quasi mai deviati; solo l'1% dei
raggi incidenti era deviato considerevolmente dal foglio di oro.
Sulla
base di questo fondamentale esperimento, Rutherford propose un modello di atomo
in cui quasi tutta la massa dell'atomo fosse concentrata in una porzione molto
piccola, il nucleo (caricato positivamente) e gli elettroni gli ruotassero
attorno così come i pianeti ruotano attorno al Sole (modello planetario). L'atomo era comunque
largamente composto da spazio vuoto, e questo spiegava il perché del passaggio
della maggior parte delle particelle alfa attraverso la lamina. Il nucleo è
così concentrato che gli elettroni gli ruotano attorno a distanze relativamente
enormi, aventi un diametro da 10.000 a 100.000 volte maggiore di quello del nucleo.
In seguito all'esperienza di Crookes si mise in evidenza che esistevano
particelle non solo di massa diversa dal protone, ma anche di carica opposta : Rutherford intuì
che i protoni da soli non bastavano a giustificare tutta la massa del nucleo e
formulò l'ipotesi dell'esistenza di altre particelle, che contribuissero a
formare l'intera massa del nucleo. Nel modello atomico di Rutherford non
compaiono i neutroni, perché queste particelle furono successivamente scoperte
da Chadwick nel
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