Rutherfordspridning
I början av 1900-talet kunde den engelske fysikern lord Rutherford visa
att atomen har en kärna i mitten som är ca 10 000 gånger mindre än atomen.
Rutherfords assistenter, Geiger och Marsden, genomförde ett experiment där
de bestrålade tunna guldfolier med alfa-partiklar (Heliums atomkärna)
vilka har positiv laddning. De flesta av alfa-partiklarna gick rakt genom
guldfolien utan att knappt spridas eller tappa någon energi. Det var som de
gick genom tom luft. Ibland hände det dock att alfa-partiklarna spreds med
större vinkel. En del av dem rent av studsade tillbaka från guldfolien.
Genom att studera hur stor andel av alfa-partiklarna som spreds till
olika vinklar kunde Rutherford dra slutsatsen att atomen har en kärna
där massan och den positiva laddningen är koncentrerad.
Med hjälp av Java-programmet "Elektriska fält" kan du efterlikna det
experimet som Geiger och Marsden gjorde.
Förslag på försöksuppställning (spara gärna med "Spara"-knappen så kan du
lätt återupprepa försöket):
- Studera hur spridningsmönstret beror av
- fältladdningens laddning och utsträckning
- testladdningarnas massa, utgångshastighet och avstånd i x-led från
fältladdningen
- Vilket är det kortaste möjliga avståndet mellan testladdningen och
fältladdningen.? (Ledtråd: använd energibevaring mellan kinetisk och
potentiell energi.)
Protonens substruktur
Idag vet vi att protonerna och neutronerna i atomkärnan också har en
substruktur, de består av kvarkar och gluoner. Protonens substruktur
upptäcktes vid ett experiment vid Stanford Linear Accelerator Center i USA.
Genom att skjuta elektroner med hög energi mot ett strålmål av protoner
kunde man för första gången "se" kvarkarna i protonen. På samma sätt som
Rutherford så studerade man hur elektronerna spreds då de passerade genom
protonen. Utifrån spridningsmönstret kunde man dra slutsatser om protonens
struktur och därigenom "såg" man kvarkarna.
1990 fick Jerome Friedman, Henry Kendall och
Richard Taylor
nobelpriset för sina insatser i det experiment som upptäckte kvarkarna
i protonen.
Idag studeras protonens
beståndsdelar vid mycket högre energi bland annat vid HERA acceleratorn
i Hamburg.