Η δομή του πυρήνα Η δομή του ατόμου κατά τον Ράδερφορντ

Δημοσίευση Προπαγάνδας : 21/8/2013, 16:06



Η ανακάλυψη της δομής του ατόμου από τον Ernest Rutherford (Έρνεστ Ράδερφορντ).

Το 1911 ο Ράδερφορντ παραγματοποίησε ένα πείραμα με το οποίο αποκάλυψε την δομή του ατόμου, τον ατομικό πυρήνα για την ακρίβεια. Τα αποτελέσματα του πειράματος, όπως ο ίδιος τα περιέγραψε λίγο αργότερα, ήταν σαν να πυροβολούσες ένα φύλλο χαρτί και κάποιες από τις σφαίρες να εξοστρακίζονται σαν να ήταν το φύλλο του χαρτιού ένας συμπαγής τοίχος.

Προγενέστερες θεωρίες

 Ernst Rutherford

Πριν την διεξαγωγη του πειράματας από τον Ράδερφορντ η επικρατούσα άποψη για την δομή του ατόμου ήταν πως αποτελούνταν από ένα συνοθήλευμα θετικού φορτίου με ενσωματωμένα αρνητικά φορτισμένα ηλεκτρόνια, όπως περίπου οι σταφίδες στο σταφιδόψωμο. Το αρνητικό φορτίο των ηλεκτρονίων εξουδετέρωνε το θετικό φορτίο και έτσι είχαμε ένα ουδέτερα φορτισμένο άτομο.
Ο Ράδερφορντ αποφάσισε να πραγματοποιήσει ένα πείραμα μέσω του οποίου θα μπορούσε να μελετήσει περεταίρω την δομή του.
Αυτό που ανακάλυψε θα άλλαζε την μέχρι τότε θεώρηση των πραγμάτων και θα έθετε τις βάσεις για την σωματιδιακή φυσική.
Το πείραμά του αποτελεί πλέον μέρος της επιστημονικής "παράδοσης " και μια αναπαράστασή του μπορείτε να δείτε στο παρακάτω βίντεο.

Το πείραμα

Το πείραμα του Rutherford

Για την πραγματοποίηση του πειράματος κατεύθυνουμε μια δεσμη σωματιδίων άλφα (πυρήνες ηλίου), τα οποία τότε γνώριζε πως ήταν βαριά θετικά φορτισμένα σωματίδια, πάνω σε ένα πολύ λεπτό φύλλο χρυσού. Η πηγή των σωματιδίων στο πείραμά μας είναι μια μικρή ποσότητα Αμερίκιου 241 (Am-241) μέσα σε ένα μπρούτζινο δοχείο. Τα περισσότερα σωματίδια άλφα απορροφώνται από το δοχείο. Αλλά αυτό έχει ένα μικρό άνοιγμα μέσω του οποίου δημιουργείται μια δέσμη, που κατευθείνεται και περνάει μέσα από ένα πολύ λεπτό φύλλο χρυσού, πάχους 1,5μm (ενάμισι χιλιοστό του χιλιοστού του μέτρου). Κατόπιν τα σωματίδια ανιχνεύονται από δύο ανιχνευτές.
Ο ένας εξ' αυτών είναι σταθερός και βρίσκεται ακριβώς πίσω από το φύλλο χρυσού, έτσι ανιχνεύει όλα τα σωματίδια που συνεχίζουν να ακολουθούν ευθεία πορεία που είναι και η πλειονότητα τους. Όπως μπορείτε να δείτε ο ρυθμός ανίχνευσής τους είναι περίπου χίλια με δυο χιλιάδες το δευτερόλεπτο.
Ο δεύτερος ανιχνευτής είναι κινητός και μπορούμε να τον τοποθετήσουμε σε διάφορες γωνίες ώστε να μετρήσουμε την διασπορά των σωματιδίων σε συνάρτηση με την γωνία.
Το πείραμα που πραγματοποίησε ο Ράδερφορντ απαιτούσε πολύ εργασία, λόγω έλλειψης του κατάλληλου εξοπλισμού, έπρεπε αυτός και οι συνεργάτες του να κάθονται επί ώρες σε ένα σκοτεινό δωμάτιο κρατώντας μια φθορίζουσα οθόνη (fluorescent screen) και καταμετρώντας τις μικρές αναλαμπές που συνέβαιναν όταν χτυπούσαν τα σωματίδια την οθόνη.
Στο δικό μας πείραμα έχουμε προσαρμόσει ένα κουδούνι πόρτας που χτυπά όταν ανιχνεύει ένα σωματίδιο. Όταν ο κινητός ανιχνευτής βρίσκεται πίσω από το φύλλο χρυσού εντοπίζει σωματίδια με ρυθμό ένα ανά περίπου δυο δευτερόλεπτα.
Από αυτό συμπέρανε πως το μεγαλύτερο τμήμα του ατόμου είναι κενός χώρος. Η πλειονότητα των σωματιδίων άλφα πηγαίνουν ευθεία δεν βρήσκουν τίποτα στο δρόμο τους και συνεχίζουν να ταξιδεύουν ευθεία. Περιστασιακά κάποιο σωματίδιο έρχεται αρκετά κοντά στον πυρήνα του ατόμου με αποτέλεσμα να εκτραπεί από την ευθεία πορεία του λόγω του ηλεκτρικού πεδίου του θετικά φορτισμένου πυρήνα. Η γωνία της εκτροπής του εξαρτάται με το πόσο κοντά στον πυρήνα διέρχεται η πορεία του. Όσο ποιο κοντά στον πυρήνα τόσο μεγαλύτερη θα είναι η αλλαγή πορείας του σωματιδίου.

Τα αποτελέσματα του πειράματος.

Το συμπέρασμα στο οποίο κατέληξε ο Ράδερφορντ ήταν πως το άτομο αποτελείται κυρίως από κενό χώρο με έναν βαρύτατο πυρήνα κάπου στο κέντρο και ηλεκτρόνια να βοσκάνε σε αυτό τον τεράστιο άδειο χώρο.
Το πείραμα αποτέλεσε επίσης την απαρχή της σωματιδιακής φυσικής. Αυτό που έκανε ήταν να πάρει μια δέσμη σωματιδίων και να την κατευθύνει πάνω σε ένα στόχο. Έπειτα μελετώντας τον τρόπο με τον οποίο τα σωματίδια εκτρέπονταν μπόρεσε να κατανοήσει τι συνέβαινε μέσα στον στόχο. Έπειτα από εκατό χρόνια, κάνουμε ακριβώς το ίδιο πράγμα στους μεγάλους σωματιδιακούς επιταχυντές, όπως στον LHC (Large Hadron Collider) στο CERN της Γενεύης. Εκτοξεύουμε μια δέσμή σωματιδίων εναντίον ενός στόχου, στην προκειμένη περίπτωση εναντίων μιας άλλης δέσμης που κινείται αντίθετα με την πρώτη, κοιτάμε τα σωματίδια που παράγονται και μελετώντας την κατανομή και συμπεριφορά τους προσπαθούμε να κατανοήσουμε τι συμβαίνει κατά την διάρκεια της σύγκρουσης.
Όλα αυτά βασίζονται στην αρχική ιδέα του Ράδερφορντ να εκτοξεύσει μια δέσμη σωματιδίων εναντίον ενός στόχου και μετά να μελετήσει τα αποτελέσματα. Έτσι μέσα σε έναν αιώνα φτάσαμε από μια συσκευή που χωρούσε πάνω σε ένα γραφείο και ήταν κορυφή για την εποχή της, στον LHC που έχει περιφέρεια 27 χιλιομέτρων.

Το βίντεο με το σύγχρονο πείραμα

Ο Μάγος Datawizzard Για την μηχανοργάνωση μικρών μα και μεγάλων επιχειρήσεων, από το περίπτερο μεχρι το πεντάστερο ξενοδοχείο. Για τον υπολογιστή σου που του κρασάρανε τα windows, κόλησε ιό, χύπησε ο σκληρός, του κάηκε η μητρική. Για όλα τα παραπάνω και όχι μόνο, η λύση είναι μία Datawizard