[과학] 원자를 연구하는 방법

 

러더퍼드가 수학한 케임브리지 대학교 트리니티 칼리지

20세기 초에는 원자가 가장 작고 더 이상 분해할 수 없는 물질이라는 생각은 부정되고 있었다. 하지만 크룩스관과 방사능의 발견은 원자보다 훨씬 작은 입자의 존재를 명확하게 보여주고 있었다. 문제는 볼 수도 없는 그런 작은 것을 어떻게 연구할 것인가 하는 것이었다. 그래서 뉴질랜드의 물리학자 어니스트 러더퍼드는 한스 가이거와 어니스트 마즈든이라는 두 동료와 함께 원자를 이용하여 원자의 성질을 밝히려 하였다.
 
러더퍼드는 방사성 물질이 붕괴 과정에서 두 가지의 매우 다른 방사선을 발생시킨다는 걸 발견했다. 그것은 알파 입자와 베타 입자이다. 이 중 더 무겁고 투과성이 약한 알파 입자를 탐침(조사하기 위한 물질)으로 사용하기로 했다. 러더퍼드는 서투른 것으로 유명했기 때문에 실제 실험은 두 명의 동료에게 맡겼다. 그들은 며칠 동안 어두운 방에서 얇은 금박에 알파 입자를 계속 쏘아댔다. 또한 아연화 포일을 사용하여 알파 입자가 어디로 가는지 관찰할 수 있었다. 알파 입자가 이 얇은 박에 부딪히면 섬광이 발생하는 것이다. 대부분의 알파 입자는 금박을 곧바로 통과했지만, 때로는 구부러지는 것이 있었다. 이것은 38cm 포탄을 종이 조각에 쏘면 포탄이 곧바로 튕겨 나오는 것만큼이나 놀라운 일이라고 러더퍼드는 말했다.

알파 입자 산란 실험

이 실험에서 러더퍼드는 원자는 거의 아무것도 없는 공간으로 이루어져 있으며, 작은 원자핵이 질량의 대부분을 차지하고 있다고 추론했다. 그리고 원자핵은 양전하를 띠고 있으며 그 주위를 음전하를 띤 입자 한 전자가 둘러싸고 있다고 주장했다.

러더퍼드 원자 모형