Historia del Experimento de RutherfordEn el laboratorio de Ernest Rutherford, Hans Geiger y Ernest Marsden (estudiante de pregrado de 20 años de edad) llevaron a cabo experimentos para estudiar la dispersión de partículas alfa por delgadas láminas metálicas. En 1909, observaron que las partículas alfa de la desintegración radioactiva, de vez en cuando se dispersaban a ángulos mayores de 90°, lo cual es físicamente imposible, a menos que estuvieran dispersando algo más masivo que ellas mismas. Ello llevó a Rutherford a deducir que la carga positiva de un átomo, está concentrada en un pequeño núcleo compacto. Durante el período de 1911-1913, en un aparato de sobremesa, bombardearon las láminas con partículas alfa de alta energía y observaron el número de partículas alfa dispersadas en función del ángulo. Basado en el modelo Thomson del átomo, todas las partículas alfa, deberían encontrarse desviadas del haz dentro de una pequeña fracción de un grado, pero Geiger y Marsden encontraron unas pocas partículas alfa dispersadas en ángulos de más de 140 grados. Observación de Rutherford "Fue el acontecimiento más increíble que ha pasado en mi vida. Era casi tan increíble como si se hubiera disparado un proyectil de 15 pulgadas sobre un pedazo de papel de seda, y el proyectil se volviera y nos golpeara de rebote." Los datos de dispersión fueron compatibles con un pequeño núcleo positivo, que repeliera las entrantes partículas alfa cargadas positivamente. Rutherford elaboró una fórmula detallada de la dispersión (fórmula de Rutherford), que coincide con la datación de Geiger-Marsden de alta precisión. La fuente utilizada en los experimentos de Rutherford fué radio purificado, contenido en un tubo de vidrio de finas paredes, de 1 mm. de diámetro. La intensidad de la fuente fué de 0,1 Curie, o unos 4 mil millones de decaimientos nucleares por segundo. Las partículas alfa se hicieron pasar a través de un pequeño diafragma y fueron dirigidas hacia una lámina delgada objetivo. El detector era una pequeña pantalla de sulfuro de zinc (10-6 m2), montada a unos pocos centímetros de distancia del objetivo. (Rohlf) |
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Datación de Geiger-Marsden sobre la Dispersión Alfa
Puesto que habían utilizado las partículas alfa más energéticas que tenían a su disposición, 7,7 MeV, y aún no habían visto diferencia con la dispersión de Coulomb, que apuntara a una interacción directa con el núcleo, tuvieron que buscar otras alternativas para obtener una medida del tamaño nuclear. Esto llevó a un famoso comentario de Rutherford a sus estudiantes de posgrado "¡No hay dinero para aparatos!. Tendremos que usar la cabeza" (Keller). La forma que tomó "el uso de la cabeza", fue el estudio de objetivos con núcleos ligeros, hasta que finalmente el uso de núcleos de aluminio, produjeron retrodispersión mensurable directa de partículas alfa, estableciendo al menos un límite superior para el tamaño nuclear.
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Condiciones para la Dispersión de Grandes ÁngulosIndependientemente de la naturaleza de la fuerza en una colisión elástica, para obtener un ángulo de dispersión mayor que 90 grados, el objetivo debe ser más masivo que el proyectil. |
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Determinación del Parámetro de ImpactoAdemás de las masas del objetivo y el proyectil, el ángulo de dispersión depende de la fuerza y del parámetro de impacto. El parámetro de impacto es la distancia perpendicular a la aproximación más cercana si el proyectil no fuera desviado.
El cálculo predeterminado anterior será el cálculo del parámetro de impacto b, y el radio de máximo acercamiento. Sin embargo, si se sustituye el número para el radio de máxima aproximación, se calculará la energía cinética necesaria para producir ese valor, dado el ángulo y los otros parámetros.
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