4.1 Rutherford-Experiment (1909–1911)

Quelle: Themenpool §4 · Mitschrift §3.2.2

Frage: Wie ist das Atom aufgebaut?

Vorstellung davor (Thomson, „Rosinenkuchenmodell"): Die positive Ladung sei gleichmäßig verteilt, die Elektronen wie Rosinen darin eingebettet.

Aufbau: Eine dünne Goldfolie wird mit α-Strahlung (zweifach positiv geladene Heliumkerne) beschossen; ein Leuchtschirm ringsum registriert die Streuwinkel.

✎ Warum gerade Gold — und was hätte Thomson erwartet? Gold ist extrem dehnbar und lässt sich zu Folien von nur wenigen hundert Atomlagen schlagen — die α-Teilchen passieren also möglichst wenige Atome hintereinander; außerdem ist der Goldkern schwer und hoch geladen, was starke Ablenkungen überhaupt erst möglich macht. Nach dem Rosinenkuchenmodell wäre die positive Ladung über das ganze Atom „verschmiert", ihr Feld überall schwach: alle α-Teilchen müssten fast ungestört durchgehen, keines dürfte zurückprallen. Genau das Zurückprallen entscheidet also zwischen den Modellen. (Durchgeführt 1909 von Geiger & Marsden, gedeutet 1911 von Rutherford.)

Abbildung: Versuchsaufbau — ein α-Strahler (Radium) schießt α-Teilchen auf eine dünne Goldfolie; der Leuchtschirm ringsum zeigt, wohin sie gestreut werden.

Beobachtung & Schluss — die Logik in drei Zeilen. Jede der drei Beobachtungen erzwingt für sich genommen einen bestimmten Schluss über den Atombau:

Beobachtung	physikalische Überlegung	Schluss
Die meisten α-Teilchen gehen ungestört durch	wo nichts im Weg ist, fliegt das Teilchen geradeaus	das Atom ist größtenteils leerer Raum
Einige werden leicht abgelenkt	eine positive Ladung stößt die positiven α-Teilchen ab ([[themen/Elektrodynamik/	Coulomb-Kraft]]); die leichte Ablenkung heißt: sie kamen in die Nähe von etwas Positivem
Wenige prallen stark zurück	nur ein sehr kleines, sehr massereiches Ziel kann ein schnelles Teilchen fast umkehren (Stoß auf etwas viel Schwereres)	die positive Ladung steckt in einem winzigen, schweren Kern

Zusammengefasst: Das Atom ist größtenteils leerer Raum mit einem kleinen, schweren, positiv geladenen Kern, der die positiven α-Teilchen abstößt. So entstand das Kern-Hülle-Modell (heutiger Aufbau: siehe Quarkmodell).

✎ Die Wucht des Arguments: Dass einige Teilchen fast zurückprallen, war so überraschend wie „eine Kanonenkugel, die an Seidenpapier abprallt". Nur eine winzige, extrem dichte Ladungskonzentration kann das erklären — das Rosinenkuchenmodell war damit widerlegt.