Experimentos de Geiger-Marsden
Los experimentos de Geiger-Marsden (también llamados el experimento de la lámina de oro de Rutherford ) fueron una serie histórica de experimentos mediante los cuales los científicos aprendieron que cada átomo tiene un núcleo donde se concentra toda su carga positiva y la mayor parte de su masa. Lo dedujeron después de medir cómo se dispersa un haz de partículas alfa cuando choca contra una fina lámina de metal . Los experimentos fueron realizados entre 1908 y 1913 por Hans Geiger y Ernest Marsden bajo la dirección de Ernest Rutherford.en los Laboratorios de Física de la Universidad de Manchester .
La teoría popular de la estructura atómica en el momento del experimento de Rutherford era el " modelo del pudín de ciruelas ". Este modelo fue ideado por Lord Kelvin y desarrollado por JJ Thomson . Thomson había descubierto el electrón y creía que cada átomo era una esfera de carga positiva en la que se distribuían los electrones, un poco como las pasas en un pudín de Navidad . En ese momento se desconocía la existencia de protones y neutrones . Sabían que los átomos eran muy pequeños (Rutherford supuso que tenían un radio del orden de 10 −8 m [1]). Este modelo se basó completamente en la física clásica (newtoniana); el modelo actualmente aceptado utiliza la mecánica cuántica .
El modelo de Thomson no fue universalmente aceptado incluso antes de los experimentos de Rutherford. El propio Thomson nunca pudo desarrollar un modelo completo y estable de su concepto. El científico japonés Hantaro Nagaoka rechazó el modelo de Thomson con el argumento de que las cargas opuestas no pueden penetrar entre sí. [2] En cambio, propuso que los electrones orbiten la carga positiva como los anillos alrededor de Saturno. [3]
Una partícula alfa es una partícula de materia submicroscópica cargada positivamente. Según el modelo de pudín de ciruela de Thomson, si una partícula alfa chocara con un átomo, volaría directamente a través de él, y su camino se desviaría como máximo una fracción de grado. A escala atómica, el concepto de "materia sólida" no tiene sentido. El átomo de Thomson es una esfera de carga eléctrica positiva, anclada en su lugar por su masa. Por lo tanto, la partícula alfa no rebotaría en el átomo como una pelota, sino que podría atravesarlo si los campos eléctricos del átomo son lo suficientemente débiles como para permitirlo. El modelo de Thomson predijo que los campos eléctricos en un átomo son demasiado débiles para afectar mucho a una partícula alfa que pasa (las partículas alfa tienden a moverse muy rápido). Tanto las cargas negativas como las positivas dentro del átomo de Thomson se distribuyen por todo el volumen del átomo. Según la Ley de Coulomb, cuanto menos concentrada esté una esfera de carga eléctrica, más débil será su campo eléctrico en su superficie. [4] [5]
Como ejemplo práctico, considere una partícula alfa que pasa a lo largo del borde de un átomo de oro, donde experimentará el campo eléctrico en su punto más fuerte y, por lo tanto, experimentará la desviación máxima θ . Dado que los electrones son muy ligeros en comparación con la partícula alfa, su influencia puede despreciarse, [6] por lo que el átomo puede verse como una esfera pesada de carga positiva.
Usando la física clásica, el cambio lateral de la partícula alfa en el momento Δp se puede aproximar usando la relación de impulso de fuerza y la expresión de fuerza de Coulomb :
