Rutherford Scattering

자 그럼 이제부터 우리는 러더퍼드가 되어서 과연 그가 어떻게 해서 이 문제를 해결했는지 알아보자. 자 우선 이러한 질문을 던져보자. 과연 왜 α입자가 휘는 것일까? 우리가 배운바 에 의하면 물체의 운동방향을 바꾸기 위해서는 어떠한 힘이 작용해야만 한다. 그렇다면 α입자가 휠 정도의 심지어는 되팅겨 나올 정도의 어떠한 힘이 작용한다는 것이다. 이런 가정을 세워보자. 만약에 원자가 마치 전체가 골고루 대전된 구처럼 되어있다면 어떻게 될 것인가? 즉 말하자면 α입자가 전자에 의해서 휘어져 나오는 것이라면 과연 이것은 가능할 것인가? 우선 전자에 의해서 휜다면 가장 큰 힘을 받는 곳은 바로 원자의 가장자리를 지나갈 때 가장 큰 힘을 받는다. 왜 그러하냐면 골고루 대전된 도체구에서 전기장의 그래프를 그리면 다음과 같이 되기 때문이다. 자 그럼 이제 원자의 끝에서 받는 힘이 과연 α입자를 되돌릴 수 있을 정도의 크기인지 알아보자. 이 된다. 여기서 q를 계산해보면 r=R일 때 전하량은 이고 r=r일 때는 이다. 여기서 밀도는 일정하므로 이 된다. 그럼 이제 전기장을 계산해보면 이 된다. 자 그럼 이제 E의 최대 값은 r=R일 때이므로 그때의 값은 이 된다. 그럼 이때 작용하는 힘은 이 된다. 이제 여기서 우리는 이 힘으로는 α입자에게 어떠한 영향을 줄 수 없음을 알 수 있다. 왜냐면 α입자는 전자에 비해 대략 8000배정도 무겁기 때문이다. 자 그렇다면 과연 어떻게 해서 α입자가 휘는 것일까? 이런 가정을 세워보자. 만약에 플러스 전하를 띈 입자가 점이라면 어떨까? 그리고 원자의 대부분의 질량이 이 점에 있다면 과연 어떠한 일이 일어날 것인가? 왜 이런 생각이 들게 되었냐면 아래 그래프에서 보듯이 R이 작아지면 작아질수록 더 큰 힘을 얻을 수 있다.