Expérience de Rutherford

L'expérience de Rutherford fut menée en 1911, et montra que la partie chargée positivement de la matière (que l'on appelle maintenant le noyau atomique) était concentrée en de petits points.

Auparavant, on savait juste que la matière comportait une partie chargée négativement (que l'on appelle maintenant électrons) que l'on pouvait arracher (rayons cathodiques), et une partie chargée positivement. On représentait la matière comme un « far aux pruneaux » (plum pudding), une « pâte » positive avec des inclusions négatives. L'expérience de Rutherford montra que c'était le contraire.

L'expérience est réalisée sous-vide. On place dans une boîte de la matière radioactive émettant des particules α que nous orientons en direction d'une fine couche d'or. Derrière cette couche d'or, un écran est placé, il est enrichi d'une substance chimique telle que quand les particules α vont se poser dessus, elles seront lumineuses.

Plusieurs minutes après la disposition du matériel, nous voyons apparaître sur l'écran différents points lumineux qui ne sont pas du tout dans l'orientation du faisceau...

La majorité des particules α traversent la feuille d'or, sans être déviées mais une partie de ces particules , de l'ordre de 0,01 %, a été déviées.

De cette expérience, nous pouvons déduire que la matière est une structure lacunaire. Elle est constituée essentiellement de vide c'est pour celà que la plupart des particules ne sont pas déviées. Il existe de même des îlots de charge positive qui repoussent les particules α. L'ordre de grandeur de ces îlots est infiniment petit par rapport à l'atome.

En fait, Rutherford a observé la diffusion inélastique en pensant que c'était la diffusion élastique. Le taux de diffusion élastique est supprimé par un facteur de forme qui prend en compte le mouvement du noyau comme un nuage positif (ou bien « pâte »). En plus, la transmission de l'énergie aux "noyaux" liés excite les atomes (diffusion inélastique). Seulement la somme de tous les différents événements (avec participation des voisins donc) crée l'image d'un noyau ponctuel (cf. Discussion).

Suite à cette expérience, Ernest Rutherford proposa un modèle « planétaire » de l'atome : les électrons, portant les charges négatives, étaient satellisés autour d'un noyau positif très petit. Ce modèle fut battu en brèche par deux considérations :

• les lois de l'électromagnétisme, et notamment les équations de Maxwell, qui montraient qu'un électron tournant devait rayonner de l'énergie et donc ralentir au point de s'écraser sur le noyau ;
• le fait que les interactions entre les rayonnements électromagnétiques étaient quantifiées (voir Corps noir et Effet photoélectrique).