In der Physik ist Rutherford, der sich zerstreut, ein Phänomen, das von Ernest Rutherford 1911 erklärt, und die Entwicklung des Modells von Rutherford (planetarisches Modell) vom Atom, und schließlich zum Modell von Bohr geführt wurde. Es wird jetzt durch die Materialien analytische Technik Rutherford backscattering ausgenutzt. Rutherford, der sich zerstreut, wird auch manchmal das Ampere-Sekunde-Zerstreuen genannt, weil es sich nur auf den statischen elektrisch (Ampere-Sekunde) Kräfte verlässt, und die minimale Entfernung zwischen Partikeln nur durch dieses Potenzial gesetzt wird. Das klassische Zerstreuen von Rutherford von Alphateilchen gegen Goldkerne ist ein Beispiel des "elastischen Zerstreuens", weil die Energie und Geschwindigkeit der aus dem Amt schiede gestreuten Partikel dasselbe als das sind, mit dem es begonnen hat.

Rutherford hat auch später das unelastische Zerstreuen analysiert, als er Alphateilchen gegen Wasserstoffkerne (Protone) geplant hat, und dieser letzte Prozess nicht klassischer Rutherford ist, der sich zerstreut, obwohl es zuerst von ihm beobachtet wurde. Am Ende solcher Prozesse, non-coulombic Kräfte tritt in Spiel ein. Diese Kräfte und auch Energie, die von der sich zerstreuenden Partikel durch das leichtere Ziel gewonnen ist, ändern sich das Zerstreuen läuft auf grundsätzliche Wege hinaus, die Strukturinformation über das Ziel andeuten. Ein ähnlicher Prozess hat die Inneren von Kernen in den 1960er Jahren untersucht, und wird tief das unelastische Zerstreuen genannt.

Die anfängliche Entdeckung wurde von Hans Geiger und Ernest Marsden 1909 gemacht, als sie das Goldfolie-Experiment unter der Richtung von Rutherford durchgeführt haben, in dem sie einen Balken von Alphateilchen (Helium-Kerne) an Schichten des Blattgolds nur einige dicke Atome angezündet haben. Zur Zeit des Experimentes, wie man dachte, war das Atom einem Pflaume-Pudding (wie vorgeschlagen, durch J.J. Thomson), mit den negativen Anklagen (die Pflaumen) gefunden überall in einem positiven Bereich (der Pudding) analog. Wenn das Modell des Pflaume-Puddings richtig wäre, würde der positive "Pudding", mehr ausgedehnt werden als im aktuellen Modell eines konzentrierten Kerns, nicht im Stande sein, solche großen Coulombic-Kräfte auszuüben, und die Alphateilchen sollten nur durch kleine Winkel abgelenkt werden, wie sie durchgehen.

Jedoch haben die faszinierenden Ergebnisse gezeigt, dass ungefähr jedes 8000. Alphateilchen durch sehr große Winkel abgelenkt wurde (mehr als 90 °), während der Rest gerade durch mit wenig oder keiner Ablenkung gegangen ist. Davon hat Rutherford beschlossen, dass die Mehrheit der Masse in einer Minute, positiv beladenes Gebiet (der Kern) umgeben durch Elektronen konzentriert wurde. Als sich ein (positives) Alphateilchen genug in der Nähe vom Kern genähert hat, wurde es stark genug zurückgetrieben, um in hohen Winkeln zurückzuprallen. Die kleine Größe des Kerns hat die kleine Zahl von Alphateilchen erklärt, die auf diese Weise zurückgetrieben wurden. Rutherford hat mit der Methode unten gezeigt, dass die Größe des Kerns weniger als ungefähr 10 M war (wie viel weniger als diese Größe Rutherford von diesem Experiment allein nicht erzählen konnte; sieh mehr unten auf diesem Problem der niedrigstmöglichen Größe).

Abstammung

Die böse Differenzialabteilung kann aus den Gleichungen der Bewegung für eine Partikel abgeleitet werden, die mit einem Hauptpotenzial aufeinander wirkt. Im Allgemeinen können die Gleichungen der Bewegung, die zwei Partikeln beschreibt, die unter einer Hauptkraft aufeinander wirken, decoupled in die Bewegung des Zentrums der Masse und die Bewegung der Partikeln hinsichtlich einander sein. Für den Fall von leichten Alphateilchen, die sich von schweren Kernen, als im von Rutherford durchgeführten Experiment zerstreuen, ist die reduzierte Masse im Wesentlichen die Masse des Alphateilchens und des Kerns davon, von denen es sich zerstreut, ist im Laboratorium-Rahmen im Wesentlichen stationär.

Das Ersetzen in die Gleichung von Binet gibt die Gleichung der Schussbahn nach

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wo, die Geschwindigkeit an der Unendlichkeit ist, und der Einfluss-Parameter ist.

Die allgemeine Lösung der obengenannten Differenzialgleichung ist

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und die Grenzbedingung ist

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Dann können wir das finden

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Der Ablenkungswinkel Θ kann vom Graphen gesehen werden oder als lösend

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b kann sogleich gelöst werden

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Um die sich zerstreuende böse Abteilung von diesem Ergebnis zu finden, denken seine Definition

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Da der sich zerstreuende Winkel für einen gegebenen und, die Zahl von Partikeln einzigartig bestimmt wird, die in einen Winkel dazwischen gestreut sind, und dasselbe als die Zahl von Partikeln mit verbundenen Einfluss-Rahmen zwischen sein muss und. Für eine Ereignis-Intensität bezieht das die folgende Gleichheit ein

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Für ein radial symmetrisches sich zerstreuendes Potenzial, als im Fall vom Potenzial von Coulombic, den Ausdruck für die sich zerstreuende böse Abteilung nachgebend

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Schließlich den vorher abgeleiteten Ausdruck für den Einfluss-Parameter einsteckend, finden wir den Rutherford, der böse Abteilung streut

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Details, maximale Kerngröße zu berechnen

Für den Kopf auf Kollisionen zwischen Alphateilchen und dem Kern wird die ganze kinetische Energie des Alphateilchens in die potenzielle Energie verwandelt, und die Partikel ist beruhigt. Die Entfernung vom Zentrum des Alphateilchens zum Zentrum des Kerns (b) an diesem Punkt ist ein maximaler Wert für den Radius, wenn es vom Experiment offensichtlich ist, dass die Partikeln den Kern nicht geschlagen haben.

Das Umgekehrt-Quadratgesetz zwischen den Anklagen auf dem Elektron und Kern anwendend, kann man schreiben:

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Umordnen:

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Für ein Alphateilchen:

• M (Masse) = 6.7×10 Kg
• q = 2× (1.6×10) C
• q (für Gold) = 79× (1.6×10) C
• v (anfängliche Geschwindigkeit) = 2×10 m/s

Das Ersetzen von diesen darin gibt den Wert ungefähr 2.7×10 M (Der wahre Radius ist über 7.3×10 M) Der wahre Radius des Kerns wird in diesen Experimenten nicht wieder erlangt, weil die Alphas genug Energie nicht haben, zu mehr als 27 von vom Kernzentrum, wie bemerkt, einzudringen, wenn der wirkliche Radius von Gold 7.3 davon ist. Rutherford hat das begriffen, und hat auch begriffen, dass der wirkliche Einfluss der Alphas auf Gold, das jede Kraft-Abweichung von diesem des 1/r Ampere-Sekunde-Potenzials verursacht, die Form seiner sich zerstreuenden Kurve in hohen sich zerstreuenden Winkeln (die kleinsten Einfluss-Rahmen) von einer Hyperbel bis etwas anderes ändern würde. Das wurde nicht gesehen, anzeigend, dass das Gold nicht "geschlagen" worden war, so dass Rutherford nur gewusst hat, dass der Goldkern (oder die Summe des Goldes und der Alpha-Radien) kleiner war als 27 von (2.7×10 M)

Andere Anwendungen

Der Grundsatz des Zerstreuens wird jetzt alltäglich verwendet

im Rutherford Backscattering Spektroskopie (RBS), um schweren zu entdecken

Elemente in einer niedrigeren Atomnummer-Matrix, wie zum Beispiel schwerer

Metallunreinheiten in Halbleitern. Tatsächlich war die Technik auch

die erste lokale analytische Technik hat an den Mond, als ein Alpha-Zerstreuen gegolten

Oberflächenanalyse-Instrument funktionierte kurz zuvor

der Landvermesser 4 Mission

zusammengepresst die Mondoberfläche. Derselbe Typ des Instrumentes war

gelandet auf der Mondoberfläche für die gemächlichere Periode der Datenerfassung

auf Landvermessern 5 bis 7.

Erweiterung auf Situationen mit relativistischen Partikeln und Zielrückstoß

Die Erweiterung des Rutherford-Typs, der sich zu Energiegebieten zerstreut, in denen die eingehende Partikel Drehung und magnetischer Moment hat, und an relativistischen Energien reist, und gibt es genug Schwung-Übertragung, dass die geschlagene Partikel mit etwas von der Energie der eingehenden Partikel zurückschreckt (so ist der Prozess unelastisch aber nicht elastisch), wird das Zerstreuen von Mott genannt.

Lehrbücher

Außenverbindungen

• E. Rutherford, Das Zerstreuen von α und β Partikeln durch die Sache und die Struktur des Atoms, Philosophischer Zeitschrift. Reihe 6, vol. 21. Mai 1911
• Geiger H. & Marsden E. (1909). "Auf einem Weitschweifigen Nachdenken des α-Particles". Verhandlungen der Königlichen Gesellschaft, Reihe 82: 495-500. doi:10.1098/rspa.1909.0054.