Gli esperimenti di Geiger-Marsden (chiamato anche esperimento di lamina d'oro di Rutherford) furono una serie di esperimenti di riferimento con cui gli scienziati scoprirono che ogni atomo contiene un nucleo in cui è concentrata la sua carica positiva e la maggior parte della sua massa. Lo hanno dedotto osservando come le particelle alfa vengono disperse quando colpiscono una sottile lamina di metallo. L'esperimento fu condotto tra il 1908 e il 1913 da Hans Geiger ed Ernest Marsden sotto la direzione di Ernest Rutherford presso i Laboratori fisici dell'Università di Manchester.
Ciò che hanno trovato, con grande sorpresa, è stato che mentre la maggior parte delle particelle alfa passava direttamente attraverso il foglio, una piccola percentuale di esse era deviata a grandissime angolazioni e alcune erano persino retrodiffuse. Poiché le particelle alfa hanno circa 8000 volte la massa di un elettrone e hanno influenzato la lamina a velocità molto elevate, era chiaro che erano necessarie forze molto forti per deviare e retrocedere queste particelle.
Rutherford spiegò questo fenomeno con un modello rivitalizzato dell'atomo in cui la maggior parte della massa era concentrata in un nucleo compatto (contenente tutta la carica positiva), con gli elettroni che occupavano la maggior parte dello spazio dell'atomo e orbitavano il nucleo a una distanza.
Essendo l'atomo composto in gran parte da uno spazio vuoto, era quindi molto facile costruire uno scenario in cui la maggior parte delle particelle alfa passava attraverso la lamina e solo quelle che incontravano una collisione diretta con un nucleo d'oro venivano deviate o sparpagliate all'indietro.
Una buona descrizione dell'esperimento con l'applet può essere trovata qui:
Che cosa ha dimostrato l'esperimento di Rutherford con la lamina d'oro sugli atomi?
C'è un mucchio di spazio vuoto e c'è un piccolo nucleo nel mezzo. Nel mezzo di un atomo ci sono protoni, carica positiva e neutroni, carica neutra. Circondandolo sono elettroni che hanno una carica negativa. Tuttavia, sono abbastanza lontani dal nucleo, il che significa che ha molto spazio vuoto tra di loro. L'esperimento con lamina d'oro ha appena mostrato che c'era molto spazio vuoto quando l'oro è andato a finire. Tuttavia, quando è tornato, l'oro stava colpendo il nucleo.
Perché l'esperimento di lamina d'oro di Rutherford è stato importante?
L'esperimento di Rutherford ha mostrato che gli atomi consistevano in una massa densa che era circondata da uno spazio per lo più vuoto: il nucleo! L'esperimento di Rutherford utilizzava particelle alfa con carica positiva (He con una carica +2) che erano deviate dalla massa interna densa (nucleo). La conclusione che poteva essere formata da questo risultato era che gli atomi avevano un nucleo interno che conteneva la maggior parte della massa di un atomo ed era caricato positivamente. Modelli precedenti dell'atomo (Plum pudding) postulavano che particelle negative (elettroni) erano distribuite casualmente
Perché gli studenti di Rutherford erano sorpresi dai risultati dell'esperimento sulla lamina d'oro?
La maggior parte delle particelle alfa non fu respinta, ma passò attraverso la lamina d'oro. Il gruppo di Rutherford si proponeva di confermare il modello dell'atomo di Thompson "Plum Pudding". Cioè, l'atomo di Thompson fu postulato per essere un campo sferico di carica positiva con gli elettroni incorporati (sospesi) nel volume come prugne in un budino di gelatina. Se il postulato avesse ragione, allora le particelle alfa (nuclei di elio carichi => He ^ (+ 2)) sarebbero riflesse lontano dal foglio d'oro, proprio come le palle di gomma che rimbalzano su un muro. Tuttavia, la maggior p