Wer forscht, muss kritisch vergleichen können. Auch bei der Entdeckung des Atomkerns mussten die experimentellen Daten genau mit den theoretischen Rechnungen in Einklang gebracht werden.
Vermesser des Atoms: Ernest Rutherford (1871-1937). Quelle aip23
Vergessen Sie bitte für die nächsten 774 Zeichen, dass es im Inneren des Atoms einen Kern gibt! Dazu müssen Sie sich zeitlich noch nicht einmal allzu weit zurückversetzen: Physiker waren noch zu Beginn des 20. Jahrhunderts davon ausgegangen, dass das Atom wie ein Rosinenkuchen aufgebaut ist. Die Rosinen stellen die leichten Elektronen dar, während der größte Teil der Masse im Teig untergebracht ist.
Beim Beschuss eines solchen Rosinenkuchens mit Teilchen, die viel schwerer als die Elektronen (Rosinen) sind, werden die Teilchen kaum abgelenkt, wie Rechnungen zeigen.
Im Falle eines Atomkerns sind Ladungen und Massen nicht gleichmäßig im Atom verteilt: Durch die dünne Elektronenhülle flitzen die Teilchen ungehindert durch. Doch an den schweren Kernen können sie abprallen.
Der Vergleich der experimentellen Daten mit dem Experiment lässt die Entscheidung für ein Modell nicht schwer fallen.
Aber auch noch andere Modell sind denkbar. Das einer harten Kugel, an der alle Teilchen abprallen oder ein kleiner Wurzelgnom, der im Inneren des Kerns sitzt und nach Gutdünken die Teilchen verteilt.
Welches dieser Modelle nun zutrifft, lässt sich experimentell untersuchen. Dazu berechnet man die theoretische Verteilung und vergleicht sie mit den Ergebnissen des Experiments.
Rutherfords menschliche Addiermaschinen zählten den zweiten Fall: Das Rennen machte die Theorie mit dem Kern.
Die Rutherfordsche Streuformel
Wenn man ein Teilchen mit der elektrischen Ladung qa an einem ruhenden Teilchen der Ladung qb streut, wird es abgelenkt.
Die Wahrscheinlichkeit für die Ablenkung hängt vom Ablenkwinkel und der Energie des gestreuten Teilchens ab. Sie wird durch die Rutherfordsche Streuformel beschrieben. Diese Formel gibt den so genannten differentiellen Wirkungsquerschnitt an. Wenn man diese Größe mit der Luminosität des Experiments multipliziert, erhält man die Anzahl der Teilchen pro Winkelbereich:
Die Rutherfordsche Streuformel 