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El modelo actual del átomo, que considera a éste integrado por un núcleo muy pequeño, en el que se concentra la mayor parte de la masa del átomo, rodeado por uno o varios electrones, que ocupan un volumen mucho mayor, tiene su punto de arranque en 1910.
| En dicho año, en Manchester (Inglaterra), Ernest Rutherford y dos, de sus colaboradores, Hans Geiger y Ernest Mardsen (un estudiante de 20 años) llevaron a cabo un experimento acerca de la dispersión de partículas alfa por láminas metálicas delgadas. Rutherford había comprobado anteriormente que algunos elementos radiactivos -es decir, elementos cuyos núcleos son inestables- tales como el uranio, se descomponían con emisión de partículas cargadas positivamente, que él denominó partículas alfa y de radiación electromagnética, o rayos gamma. |
Más tarde demostró que las partículas alfa eran núcleos de átomos de helio. Dichas partículas son emitidas por los núcleos inestables con velocidades muy elevadas (107 m s-1). Pueden recorrer varios centímetros de distancia a través del aire o, aproximadamente, 0,1 mm a través de un sólido antes de ser detenidas por las colisiones con los átomos. También pueden atravesar láminas muy delgadas de metales pero al hacerlo pueden desviarse de su trayectoria original, es decir, ser dispersadas.
El interés de Rutherford se
centró en extraer información referente a la estructura de los átomos a
partir de esta dispersión de las partículas alfa.
Rutherford y sus colaboradores observaron que la mayoría de las
partículas alfa atravesaban la lámina del metal sin experimentar prácticamente
ninguna desviación de su trayectoria. Sin embargo, una cierta fracción
era desviada muy apreciablemente (los ángulos de dispersión eran grandes)
y algunas incluso rebotaban y volvían hacia la fuente. Este resultado era
realmente sorprendente y más adelante Rutherford destacó: «Lo que sucedía
era lo más increíble... Era tan sorprendente como si un artillero
disparara un proyectil contra un pedazo de tela y el proyectil rebotara y
volviese hacia el obús».
En aquellos momentos las ideas en torno a las estructuras de
los átomos eran bastante vagas. El modelo más difundido, propuesto
por J. J. Thompson en 1898, mantenía que los átomos estaban constituidos
por electrones embebidos en una distribución uniforme de materia cargada
positivamente. Al encontrarse las partículas alfa, cargadas positivamente,
era previsible que fueran atraídas por los electrones cargados
negativamente y repelidas por la materia cargada positivamente. Sin
embargo, no cabía esperar que los electrones desviaran apreciablemente a
las partículas alfa de alta velocidad; la masa de los electrones es muy
pequeña frente a la de las partículas alfa y lo lógico sería que las
partículas alfa los «apartaran» de su camino al chocar con ellos. Una
distribución uniforme de materia cargada positivamente debía,
previsiblemente, cambiarla trayectoria de las partículas alfa, pero dando
únicamente valores de ángulos de desviación pequeños al no existir en
ningún punto una densidad de carga positiva elevada. Este modelo del átomo
no permitía en absoluto explicar las grandes desviaciones observadas para
algunas partículas alfa y, en especial, el que otras rebotaran.
La conclusión final, e inesperada, de Rutherford fue
que casi toda la masa y toda la carga positiva del átomo está
concentrada en un volumen muy pequeño situado en el centro del átomo.
Rutherford denominó núcleo a este constituyente del átomo. Puesto que,
si esto es así, la mayor parte del volumen ocupado por un átomo está «lleno»
sólo por los electrones, la mayoría de las partículas alfa pasan a través
de este espacio sin experimentar desviación alguna. Sólo cuando una partícula
alfa pasa muy próxima al núcleo del átomo, pesado y cargado
positivamente, experimenta una desviación importante. La pequeña fracción
de partículas que choca más o menos directamente con el núcleo es la
que rebota e invierte el sentido de su trayectoria. Los cálculos basados
en este modelo acerca de cuál sería el número de partículas alfa que
debería experimentar una desviación dada cualquiera, condujeron a
resultados que concordaban excelentemente con los resultados
experimentales.