出身平凡，志向高远

在科学的璀璨星空中，有许多闪耀的巨星，欧内斯特・卢瑟福便是其中之一。他来自新西兰，出身农民家庭，朴实的乡村生活并没有限制他对知识的渴望和对科学世界的向往。据说，当那封来自剑桥大学的录取通知书送达时，卢瑟福正在地里挖土豆，他感慨地说道：“这是我这辈子挖的最后一个土豆了。” 随后，他毅然借了路费，跨越重洋来到剑桥大学，开启了自己传奇的学术生涯。

师从汤姆森，踏上科研之路

彼时的剑桥大学卡文迪许实验室，在约瑟夫・约翰・汤姆森的带领下，已然是物理学研究的前沿阵地。汤姆森因发现电子而名声大噪，28 岁就出任实验室主任，吸引了众多学子慕名而来，卢瑟福便是其中之一。在这里，卢瑟福踏上了科研探索的征程，跟随名师的指引，一步步迈向原子世界的神秘深处。

聚焦放射性课题

1898 年，卢瑟福被借调到加拿大的麦克吉尔大学担任教授，在这里，他将研究目光投向了当时科学界的新兴领域 —— 放射性。其实，在这之前，贝克勒尔和居里夫妇已经发现了天然放射性，比如铀盐这类含有铀的岩石能够自发地释放放射线，但这些放射线究竟是什么，依然是未解之谜。卢瑟福决心解开这个谜团，由此开启了他在放射性研究上的一系列重大突破。

发现阿尔法、贝塔射线与半衰期概念

通过精心设计的实验，卢瑟福发现铀盐放出的射线并非单一的一束。在磁场的作用下，射线会向两个不同的方向偏转，这表明存在两束电性不同的射线，他将带正电的那束命名为阿尔法射线，带负电的则称为贝塔射线。而那束贝塔射线，经测算正是汤姆森所发现的电子，只不过天然放射出的电子束速度更快、穿透性更强，属于高能电子束。

不仅如此，在 1902 年，卢瑟福又进一步提出了放射性半衰期的概念，指出某些不稳定元素，像铀、镭等在衰变过程中会放出阿尔法粒子，并由此转变成其他元素，这一发现当时在科学界引起了轩然大波，毕竟元素之间能够相互转变，仿佛有着 “点石成金” 般的神奇，尽管石头并不能真的变成金子，只有特定放射性元素才存在这样的衰变现象。

阿尔法粒子身份揭秘

随着研究的深入，卢瑟福对阿尔法射线越发着迷。他尝试将阿尔法射线单独射进一个管子里以便更深入地研究，结果令人大为惊讶，反复实验后他确定，这管阿尔法粒子竟然是氦气。虽然我们现在知道阿尔法粒子实际上是氦原子核，也就是丢掉电子的氦原子所以才带正电，但当时卢瑟福尚未提出原子核的概念。不过，这一重要发现还是让科学界为之震动。

荣获化学诺贝尔奖

1907 年，卢瑟福公布了自己关于阿尔法粒子就是带正电的氦原子的研究成果，其成果的重要性得到了科学界的高度认可。次年，也就是 1908 年，卢瑟福荣获了诺贝尔奖，只不过令人意外的是，他获得的是化学奖。尽管卢瑟福的诸多重大发现都集中在物理学领域，但这也从侧面反映出当时学科之间的交叉与紧密联系，以及他的研究成果的跨学科影响力。

金箔实验与行星原子模型

回到英国后，卢瑟福在曼彻斯特大学任教，他对阿尔法粒子的应用有了一个大胆的想法 —— 用阿尔法粒子去轰击别的原子，看看会发生什么。按照当时流行的汤姆森的 “西瓜模型”（枣糕模型），原子内部电子像西瓜子镶嵌其中，整体呈电中性，高速的阿尔法粒子理应直接穿过被轰击的原子。

原子内部

起初，实验结果也确实如此，阿尔法粒子能够穿过金箔打到后面的接收屏上。但一次偶然的尝试，卢瑟福把接收屏往前挪，竟发现有阿尔法粒子被反弹回来了，这一现象让他大为震惊，就如同用 15 英寸的炮弹打在一张纸上却被反弹回来一样不可思议。

经过深入思考和对实验数据的计算，卢瑟福意识到原子内部大部分是空的，中间存在一个硬核，也就是原子核，电子可能在核外绕核运动。1911 年，他向世人公布了行星原子模型，然而，这一全新的模型在当时并未得到广泛认可，多数物理学家仍倾向于已有的枣糕模型，甚至在同年召开的第一届索尔维会议上，大家还在依据枣糕模型讨论原子结构。

第一届索尔维会议

质子的发现与中子的预测

卢瑟福并未因模型未受认可而气馁，他继续通过实验探索。他发现不管用阿尔法粒子轰击钠、金，还是一些非金属元素如磷等原子，都会有一种带正电且质量和氢原子一样的粒子被轰击出来，卢瑟福由此推断这就是所有原子核里都含有的粒子，并将其命名为质子。

1920 年，卢瑟福再次公布自己的成果，这时人们才逐渐认识到原子真实的结构：原子大部分是空的，中间有坚硬的原子核，核外围绕着带负电的电子，核内由带正电的质子组成。更为重要的是，卢瑟福还预测了原子核内可能存在一种中性粒子，这也成为了后来中子发现的开端，进一步刷新了人类对微观世界的认知。

卢瑟福

卢瑟福的一生充满了探索与发现，他的研究成果如同一块块基石，奠定了现代原子物理学的基础，引领着后人不断深入微观世界，去揭开更多宇宙的奥秘。

文章来源：科普中国