卢瑟福散射
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上方：预期结果：阿尔法粒子不受到扰动地通过梅子布丁模型。

下方：观测结果：一小部分阿尔法粒子被反弹，表明全部正电荷集中于一个很小的区域。

在原子物理学里，卢瑟福散射（英语：Rutherford scattering）是一个散射实验，由欧尼斯特·卢瑟福领队设计与研究，成功地于 1909 年证实在原子的中心有个原子核[1]，也导至卢瑟福模型（行星模型）的创立，及后来玻尔模型的提出。

应用卢瑟福散射的技术与理论，卢瑟福背散射（Rutherford backscattering）是一种专门分析材料的技术。

卢瑟福散射有时也被称为库仑散射，因为它涉及的位势乃库仑位势。

深度非弹性散射（deep inelastic scattering）也是一种类似的散射，在 60 年代，常用来探测原子核的内部。

目录
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∙ 1 历史
∙ 2 微分截面
∙ 3 原子核最大尺寸
∙ 4 应用
∙ 5 参阅
∙ 6 参考文献
[编辑]历史
阿尔法粒子散射的实验完成于1909年。

在那时代，原子被认为类比于梅子布丁（物理学家约瑟夫·汤姆孙提出的），负电荷（梅子）分散于正电荷的圆球（布丁）。

假若这梅子布丁模型是正确的，由于正电荷完全散开，而不是集中于一个原子核，库仑位势的变化不会很大，通过这位势的阿尔法粒子，其移动方向应该只会有小角度偏差。

在卢瑟福的指导下，汉斯·盖革（Hans Geiger）和欧内斯特·马士登（Ernest Marsden）发射阿尔法粒子射束来轰击非常薄、只有几个原子厚度的金箔纸[2]。

然而，他们得到的实验结果非常诡异，大约每8000个阿尔法粒子，就有一个粒子的移动方向会有很大角度的偏差（甚至超过 90°）；而其它粒子都直直地通过金箔纸，偏差几乎在2°到3°以内，甚至几乎没有偏差。

从这结果，卢瑟福断定，大多数的质量和正电荷，都集中于一个很小的区域（这个区域后来被称作“原子核”）；电子则包围在区域的外面。

当一个（正价）阿尔法粒子移动到非常接近原子核，它会被很强烈的排斥，以大角度反弹。

原子核的小尺寸解释了为什么只有极少数的阿尔法粒子被这样排斥。

卢瑟福对这奇异的结果感到非常惊异。

正如同他后来常说的：“这就好像你朝一张卫生纸射出一枚15吋的炮弹，炮弹却弹回来打中你一样。

”[3]
卢瑟福计算出原子核的尺寸应该小于。

至于其具体的数值，卢瑟福无
法从这实验决定出来。

关于这一部份，请参阅后面的“原子核最大尺寸”一节。

[编辑]微分截面
一个粒子的排斥散射。

所有通过左边圆环的粒子，感受到位势的作用，必定
会通过右边圆环。

卢瑟福计算出来的微分截面是
；
其中，是截面，是立体角，是阿尔法粒子的电荷量，是散射体的电荷量，是真空电容率，是能量，是散射角度。

[编辑]原子核最大尺寸
假设阿尔法粒子正面碰撞于原子核。

阿尔法粒子所有的动量（），在碰撞点，都被转换为位能。

在那一刹那，阿尔法粒子暂时是停止的。

从阿尔法粒子
到原子核中心的距离是原子核最大尺寸。

应用库仑定律，
；
其中，是质量，是初始速度。

重新编排，。

阿尔法粒子的质量是，电荷量是
，初始速度是，金的电荷量
是。

将这些数值代入方程，可以得到撞击参数
（真实半径是）。

这些实验无法得到真
实半径，因为阿尔法粒子没有足够的能量撞入半径内。

卢瑟福知道这问
题。

他也知道，假若阿尔法粒子真能撞至半径，直接地击中金原子核，
那么，在高撞击角度（最小撞击参数），由于位势不再是库仑位势，实验得到的散射曲线的样子会从双曲线改变为别种曲线。

卢瑟福没有观察到别种曲线，显示出金原子核并没有被击中。

所以，卢瑟福只能确定金原子核的半径小于。

1919 年，在卢瑟福实验室进行的另一个非常类似的实验，物理学家发射阿尔法粒子于氢原子核，观察到散射曲线显著地偏离双曲线，意示位势不再是库仑位势。

从实验数据，物理学家得到撞击参数或最近离距（closest approach）大约为。

更进一步的研究，在卢瑟福实验室，发射阿尔法粒子于氮原子核和氧
原子核，得到的结果，使得詹姆斯·查德威克和工作同仁确信，原子核内的作用力不同于库仑斥力[4]。

[编辑]应用
现今，应用这些年累积的散射原理与技术，卢瑟福背散射谱学能够侦侧半导体内的重金属杂质。

实际上，这技术也是第一个在月球使用的实地分析技术。

在勘察者任务（surveyor mission）降落于月球表面后，卢瑟福背散射谱学实验被用来收集地质资料。

[编辑]参阅
∙汤姆孙散射
∙散射理论
[编辑]参考文献
1.^卢瑟福, 欧尼斯特. The Scattering of α and β Particles by Matter and
the Structure of the Atom, 21. May 1911: p. 669-688 [2008年12月21日].
2.^ Geiger, Hans; Marsden, Ernest, On a Diffuse Reflection of the α
-Particles, Proceedings of the Royal Society. 1909, 82 (A): p. 495-500
3.^萧如珀; 杨信男, 卢瑟福和原子核的发现, 物理双月刊. Jun, 2007, 29 (3)
4.^派斯, 亚伯拉罕. Inward Bound: Of Matter and Forces in the Physical
World. USA: Oxford University Press. September 29, 1988: pp. 239.
ISBN978-0198519973.
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