Rutherford - die Mauer hat Löcher!

Nach der Auffassung der alten Griechen waren Atome so etwas wie kleine, unteilbare und harte Kugeln - zu klein für das Auge.

Nach der Entdeckung der elektrischen Ladungen und der Reibungselektrizität erweiterten die Physiker der damaligen Zeit das Modell zu einer anderen Modelltheorie:
die Masse des Atoms, genau wie die positive Ladung, sei gleichmäßig über das Atom verteilt und darin seien die negativ geladenen Elektronen wie die Rosinen in einem Teig eingebettet.(Rosinenkuchenmodell - J.J. Thomson 1897)

Was würde wohl passieren, wenn man eine dünne Goldfolie, hunderte von Atomlagen stark, mit positiv geladenen Bruchstücken aus einem radioaktiven Zerfall (Alpha-Teilchen, 2 fach positiv) beschießen würde?

Rutherford beobachtet die "Einschläge" der Alpha-Teilchen auf einem Szintillationsschirm, der aufblitzt, wenn ein Teilchen auftrifft.

• würden diese Teilchen an der massiven "Atommauer" abprallen und zurückgeworfen werden?
  
  
• würden sie energiereich genug sein, die Wand zu durchdringen und kaum aus ihrer Richtung abgelenkt werden, weil die positive Ladung gleichmäßig verteilt ist und die leichten Elektronen kaum stören?
  
  
• würde gar etwas Unerwartetes passieren?

Das letztere trat ein: Rutherford fand zwar, wie er erwartete, dass der größte Teil der Elektronen einfach die Atomwand durchdrang, jedoch fand er auch - erstaunlicherweise - unter verschiedenen Winkeln Lichtblitze !
Nur einige sehr wenige Alpha-Teilchen wurden zurückgeworfen.

Rutherfords Erklärung war folgende (er erhielt 1908 den Nobelpreis für Chemie):

Auf Teilchen, die sehr weit am Kern vorbeifliegen, übt der Atomkern fast keine Kräfte aus. Sie fliegen praktisch ungehindert durch das Atom hindurch.

Teilchen, die näher am Kern vorbeifliegen werden je nach Ladung von diesem mehr oder weniger stark abgestoßen (Teilchen positiv geladen) oder angezogen (Teilchen negativ geladen).
Sie werden aus ihrer ursprünglichen Richtung abgelenkt, und zwar um so mehr, je näher sie dem Kern kommen. (Streuung)

Ein positiv geladenes Teilchen auf "Kollisionskurs" wird auf dem Weg zum Kern immer mehr abgebremst und kehrt schließlich um.(Rückstreuung)

Je energiereicher es ist, um so näher kann es dem Kern kommen. Da der Kern sehr klein ist, passiert das sehr selten.

Beachte, diese Skizze ist nicht maßstabsgetreu! - Ein Vergleich :

Der "Kern" im Bild ist 16 Bildpunkte ('Pixel') groß. Dann müßte das ganze Atom in richtigen Maßstab mindestens 160.000 Pixel groß sein. Bei einer Bildschirmhöhe von 768 Punkten (1024x768) entspricht das einem Turm von etwa 208 Bildschirmen übereinander! Wäre Dein Monitor mit dem Kern in der Mitte, so wären über und unter Dir je etwa 100 Monitore! Bei einer Bildhöhe eines Monitor von 33 cm wären die Atomgrenzen also in 34 m Entfernung, oder etwa jeweils 13 Stockwerke über und unter dir !