Qu'est-ce que l'expérience de la feuille d'or de Rutherford

Table des matières:

Expérience de la feuille d'or de Rutherford - Principales observations et conclusions

Expérience de feuille d'or de Rutherford (expérience de diffusion de particules alpha de Rutherford) fait référence à une expérience menée par Ernest Rutherford, Hans Geiger et Ernest Marsden à l'Université de Manchester au début des années 1900. Dans l'expérience, Rutherford et ses deux étudiants ont étudié comment les particules alpha tirées sur un mince morceau de feuille d'or étaient déviées. Selon les modèles atomiques populaires de l'époque, toutes les particules alpha auraient dû traverser la feuille d'or. Cependant, à leur grande surprise, Rutherford et ses étudiants ont découvert qu'environ 1 particule alpha sur 8 000 était déviée vers la source (c'est-à-dire à des angles supérieurs à 90^o). Afin d'expliquer cet effet, ils ont dû proposer un nouveau modèle (maintenant connu sous le nom de "Modèle Rutherford") pour l'atome.

Ernest Rutherford

Pour l'expérience, une source radioactive émettant des particules alpha a été placée devant une fine feuille d'or. La source et la feuille d'or étaient entourées d'un écran avec un revêtement de sulfure de zinc, et l'air était pompé pour s'assurer que l'équipement était tous sous vide. (S'ils ne l'avaient pas fait, les particules alpha auraient utilisé leur énergie pour ioniser les molécules d'air et n'auraient peut-être jamais atteint la feuille d'or).

Les particules alpha émises par la source devaient traverser directement la feuille d'or. Chaque fois qu'ils touchaient l'écran revêtu de sulfure de zinc, ils devaient produire une petite tache lumineuse sur l'écran.

Le modèle populaire de l'atome à l'époque était connu sous le nom de "Modèle de pudding aux prunes". Il s'agit d'un modèle développé par J.J. Thomson, qui avait découvert les électrons quelques années plus tôt. Selon son modèle, les atomes étaient des objets sphériques, avec la charge positive uniformément répartie comme une pâte, et de petits morceaux de charge négative (électrons) collés dessus comme des prunes. Si ce "modèle de pudding de prune" avait été correct, toutes les particules alpha auraient dû passer directement à travers les atomes d'or dans la feuille d'or, montrant très peu de déviation. Cependant, ce que Rutherford et ses étudiants ont observé était tout à fait différent.

La plupart des particules alpha ont traversé directement la feuille d'or. Cependant, quelques-unes des particules alpha semblaient être déviées à de grands angles. Rarement, certaines particules alpha semblaient même avoir été déviées par des angles supérieurs à 90⁰. Pour expliquer ce résultat, Rutherford a proposé que la masse d'un atome doit être concentrée dans une très petite zone au centre, qu'il a appelée le "noyau". D'après les déflexions, il était également clair que le noyau était chargé:

Expérience sur la feuille d'or de Rutherford - Attentes et résultats de l'expérience Geiger-Marsden

Expérience de la feuille d'or de Rutherford - Principales observations et conclusions

Observation	Interprétation
La plupart des particules alpha sont passées directement à travers la feuille d'or	Ces particules alpha doivent voyager sans s'approcher du centre (chargé) de l'atome. Par conséquent, la plupart de l'atome doit être vide.
Peu de particules alpha ont été déviées à de grands angles	Ceux-ci doivent se rapprocher du centre de l'atome, où ils sont déviés de la charge au centre. Donc, le noyau doit être chargé.
Rarement, les particules alpha ont été déviées vers le détecteur	Ceux-ci ont dû entrer en collision frontale avec le noyau. Donc, le noyau doit contenir la majeure partie de la masse de l'atome.

Rutherford n'a pas nécessairement déterminé que le noyau était chargé positivement au cours de ces premières expériences (les déflexions auraient pu être produites par des charges négatives attractives plutôt que par des charges positives répulsives au centre). Rutherford a finalement découvert que le noyau d'un atome était chargé positivement, mais cela a été fait dans une expérience différente.

Finalement, Niels Bohr et Erwin Schrödinger ont proposé de meilleurs modèles pour les atomes, mais l'expérience de la feuille d'or de Rutherford reste l'une des expériences les plus révolutionnaires de l'histoire de la physique.