J. J. Thomson és Rutherford

Jól ismert, hogy az a- és b-részecskék eltérülnek egyenes vonalú pályájuktól, ha az anyag atomjaival találkoznak. A b-részecskék szóródása - kisebb impulzusuk és energiájuk miatt - többnyire sokkal kisebb, mint az a-részecskéké. Kétségtelennek tûnik, hogy ezek a gyorsan mozgó részecskék áthaladnak az atomi rendszeren, és az eltérülések tüzetes vizsgálatának fényt kell derítenie az atomok elektromos szerkezetére. Általában feltételezik, hogy a megfigyelt szóródás kis szögû szóródások sokaságának eredménye. Sir J. J. Thomson (Proc. Cam. Phil. Soc., 15, Pt. 5, 1910) nemrégiben állított fel elméletet a kis szórásra; az elmélet fô következtetéseit Crowther vizsgálta meg kísérletileg a b-sugarakra (Proc. Roy. Soc., 84, p. 226, 1910). Az elmélet feltételezi, hogy az atom pozitív elektromos töltésû gömbbôl áll, amely azonos mennyiségû negatív elektromos töltést tartalmaz korpuszkulák formájában. Az elmélet és a kísérlet összehasonlításából Crowther arra a következtetésre jutott, hogy az atomban levô korpuszkulák száma körülbelül háromszorosa az atom hidrogénre vonatkoztatott atomsúlyának. Számos szórási kísérlet arra utal azonban, hogy egy-egy a- vagy b-részecske egyetlen ütközésben idônként 90^o-nál nagyobb szögben térül el. Geiger és Marsden (Proc. Roy. Soc., 82, p. 495, 1909) például azt találta, hogy a vékony aranyfóliára esô a-részecskék egy kis hányada derékszögûnél nagyobb szórást szenved. Ezek a nagy eltérülések - a kis szórás kísérletileg megfigyelt nagyságát figyelembevéve - nem magyarázhatók a valószínûségelmélettel. Biztosnak tûnik, hogy az a-részecskék esetében ezek a nagy eltérülések egyetlen atommal létrejövô találkozások eredményei.

Ezeknek és más eredményeknek a magyarázatához fel kell tennünk, hogy az elektromos töltésû részecskék erôs elektromos téren haladnak át az atomban. Az elektromos részecskék szóródását olyan típusú atomra vizsgáljuk, amelynek egy pontba sûrûsödô központi elektromos töltése van, és ezt egyenletes gömbi eloszlású, azonos nagyságú, ellentétes elektromos töltés veszi körül. Ha egy a- vagy b-részecske egy ilyen elrendezésû atom középpontjának közelében halad át, nagy eltérítést szenved, bár az ilyen nagy eltérülések valószínûsége kicsi. Eszerint az elmélet szerint a q és a q + dq közötti szögben eltérülô elektromos töltésû részecskék hányada:

ahol n a szóró anyag térfogategységében levô atomok száma, t az anyag vastagsága, amelyrôl feltesszük, hogy kicsi,

ahol Ne az atom középpontjában levô töltés, E az elektromos töltésû részecske töltése, m a tömege és u a sebessége.

Az összefüggésbôl az következik, hogy a vékony sugárnyaláb beesési pontjától állandó távolságban az egységnyi területre esô szórt részecskék száma cosec⁴q / 2 szerint változik. Ezt az eloszlási törvényt Geiger kísérletileg ellenôrizte a-részecskék esetében, és a kísérleti hiba határain belül érvényesnek találta. Különbözô anyagok szórásának általános eredményei alapján arra következtethetünk, hogy az atom központi töltése nagyon jó közelítéssel arányos az atomsúllyal. A központi töltés pontos értékét még nem határoztuk meg, de az aranyatom esetében körülbelül 100 töltésegység. A kis és nagy szórás elméletét összehasonlítva arra jutunk, hogy ezekben a jelenségekben fôként a nagy szórások játszanak szerepet különösen akkor, amikor a nagy szögben szóródott részecskék számának hányada kicsi. Crowther eredményeinek túlnyomó részét a nagy szórás fenti elmélete megmagyarázza, de kétségtelen, hogy a kis szórás is befolyásolja a méréseket. Arra a következtetésre jutottunk, hogy a különbözô anyagok esetében a nagy szögben szóródó részecskék hányada NA²-tel arányos, ahol N az egységnyi térfogatban levô atomok száma, A az anyag atomsúlya. A nagy szórásra kapott legfontosabb eredmények függetlenek attól, hogy a központi töltés pozitív vagy negatív. Eddig még nem sikerült az elôjel kérdését biztonsággal eldönteni. A fenti elmélet hasznosnak bizonyult számos olyan eredmény magyarázatára, amely az a- és b-részecskék különbözô anyagokon lejátszódó szóródásával és elnyelôdésével kapcsolatos. Az elmélet legfontosabb következményeit jelenleg Dr. Geiger szcintillációs módszerrel vizsgálja az a-részecskék esetében.