Beweis für die Existenz des Kerns
Eine von Thomsons revolutionärsten (und wie es sich herausstellte, eine seiner besten) Ideen war es, vorzuschlagen, dass die Elektronen, die er entdeckt hatte, ein Bestandteil der Atome der Chemiker waren. Dies widersprach Daltons Vorstellung, dass die Atome "unzerlegbar" sind und keine kleineren Bestandteile enthalten. Seine Vorstellung war jedoch sinnvoll: Thomson wusste, dass elektrische Ströme durch chemische Reaktionen ausgelöst werden können (wie in einer Batterie), ebenso wie durch die Bestrahlung eines Metalls mit Licht, dem photoelektrischen Effekt, sodass es also irgendeine Verbindung zwischen den Elektronen und der Welt der Atome geben musste.
Wenn aber die Atome Elektronen enthalten, wieso sind sie dann elektrisch neutral?
Sie müssen also auch positiv geladene Teile enthalten, die die negativen Elektronen ausgleichen.
Genau. Thomsons Vorstellung vom Atom wurde "Plumpuddingmodell" genannt, obwohl ich es mir lieber, im Geiste der heutigen Zeit, als Schoko-Plätzchen-Modell vorstelle. Die Elektronen sind die "Schokoladensplitter", welche in einem positiv geladenen Klumpen von "Plätzchenteig" eingebettet sind.
1911 verkündete Ernest Rutherford experimentelle Resultate, die zeigten, dass das Plätzchenmodell falsch war.
Rutherfords Experimente bestanden darin, mit Alpha-Teilchen auf dünne Metallfolien zu schießen. Er maß dann die Winkel, unter denen die Alpha-Teilchen aus den Folien austraten.
Was passierte denn?
Ausgehend von Thomsons Modell nahm Rutherford an, dass die durch die Folie fliegenden positiv geladenen Alphateilchen durch den positiven "Plätzchenteig" ein bisschen seitwärts abgelenkt würden und unter einem kleinen Winkel austreten würden. Er war geschockt durch das, was er sah. Die meisten der Alpha-Teilchen durchquerten das Metall, ohne abgelenkt zu werden, aber einige kehrten ihre Bahn um volle 180 Grad um und kamen rückwärts aus der Folie geschossen.
Rutherford verglich sein Experiment mit einer Kanonenkugel, die man auf ein Stück Papier schießt und die dann davon zurückprallt.
Und dies bedeutete, dass das Plätzchenmodell falsch war?
Wenn die positive Ladung über das ganze Atom verteilt wäre wie in dem Plätzchenmodell, dann würde nach Rutherfords Berechnungen keine Chance dafür bestehen, dass die Teilchen auf diese Art zurückprallen. Die einzige Art, seinen Resultaten einen Sinn zu geben, bestand darin, anzunehmen, dass sich die gesamte positive Ladung und fast die ganze Masse des Atoms in einem kleinen Klümpchen im Zentrum des Atoms befindet — das, was wir heute den Kern nennen. Er stellte sich vor, dass die Elektronen auf Bahnen um den Kern kreisen, so ähnlich wie Planeten um die Sonne kreisen, mit einem vergleichsweise riesigen leeren Raum dazwischen.
Es gab ein paar Probleme mit Rutherfords Modell, welche die Entwicklung der Quantenmechanik inspirierten — ich habe diese Story anderswo mit vielen Details erzählt. In der heutigen Vorstellung finden sich die Elektronen nicht auf Bahnen, sondern in "Wolken" mit verschiedenen Energien — du findest mehr Infos hierzu in den Kapiteln über das Schrödingermodell oder unter Elemente als Atome.
