El nucli atòmic de Rutherford

J.J.Thomson va introduir en l’àtom químic una càrrega negativa, l’electró, a finals del segle XIX, gràcies al seu treball amb els raigs catòdics. Com que l’àtom conegut era neutre, la càrrega (o càrregues) negativa havia d’estar contrastada per una càrrega positiva. Thomson va suposar que els seus electrons es trobaven immersos en una massa positiva, tal i com va il·lustrar en el seu model atòmic. No obstant, una dècada més tard, Ernest Rutherford, físic neozelandès, va demostrar la inviabilitat del model de Thomson gràcies a un experiment que ha passat a la història, i que trobem en qualsevol llibre de física de batxillerat.

L'experiment de Rutherford 

Hans Geiger i Ernest Marsden, dos dels deixebles de Rutherford, estaven mesurant en el laboratori Cavendish de Cambridge com afectava la presència d’una làmina d’or fina la trajectòria de varies partícules alfa. El seu objectiu era mesurar els angles de desviació de les partícules, els quals quedaven registrats en pantalles de sulfur de zinc, i determinar l'estructura de l'àtom. El seu mestre els va demanar que detectessin aquells casos en què les partícules alfa, que emanaven d’una font radioactiva, rebotaven al xocar contra la làmina d’or. Van detectar que tan sols 1 partícula de cada 8.000 tornava a la font que emetia la radiació alfa; la resta a penes s’alteraven al xocar amb els àtoms d’or. Això significava que, per motius desconcertants, un 0,01% de les partícules alfa es van estavellar contra una part de l’àtom capaç de retornar-les cap a la font. Aquest component de l’àtom químic havia de tenir unes característiques que es deduïen a partir dels resultats obtinguts en l’experiment. Havia de ser massiu, ja que era capaç de fer rebotar les partícules alfa amb força, i petit, posat que tan sols 1 de cada 8.000 xocaven amb ell.  Com que ja es coneixien els electrons, que eren negatius, el més probable era que Rutherford hagués topat amb la part positiva de l’àtom, i així ho va suposar. Així doncs, es tractava de quelcom dens i positiu, que formava part de tots els àtoms químics. Si els àtoms de la làmina d'or fossin tal i com els va descriure Thomson, gairebé totes les partícules alfa haurien rebotat, ja que haurien xocat contra quelcom milers de vegades més gran (el component positiu de l'àtom de J.J.Thomson ocupa el 100% del volum d'aquest).

Dos anys més tard... 

L’experiment amb la làmina d’or va ser l’any 1909. A principis de l’any 1911, Ernest Rutherford va publicar un article en què declarava l’existència del nucli atòmic. Aquest component de l’àtom era molt petit; aproximadament una milionèsima part del volum total. Era massiu; molt més que els electrons; i positiu; ja que repel·lia les partícules alfa, que tenen càrrega positiva.

El nucli de Rutherford era la segona subdivisió de l’àtom, que anys enrere es considerava indivisible. Aquesta subdivisió era molt més massiva que l’anterior, els electrons. Per ser exactes, un protó és 1836 vegades més massiu que un electró. A més, estava formada per dues partícules, els protons i els neutrons –aquests darrers es van descobrir a finals de l’any 1932. Els neutrons, al seu torn, són 1,00137 més pesants que els seus companys de nucli.


El model atòmic de Rutherford 

En entrades anteriors ja vam veure com, a partir dels seus experiments, Rutherford va descriure l’àtom. Tot i això, el podem recordar:
Els electrons es disposen en òrbites al voltant del nucli. Els electrons tenen càrregues negatives, i el nucli és positiu. La part descoberta per Rutherford tan sols representa una ínfima porció de l’àtom, la resta és espai buit. Si l'àtom tingués el volum d'un estadi de futbol, el nucli seria una moneda. El descobriment de Rutherford va permetre comprendre l’estructura de l’àtom, i va aplanar el camí a la revolució nuclear encapçalada pel treball d'Einstein.