Si alguien se pregunta sobre el centro por excelencia de la física experimental en las primeras décadas del siglo XX la respuesta está clara: La Universidad de Manchester.
En esta universidad estaba el gigante de la experimentación Ernest Rutherford y su grupo.
En esta entrada vamos a analizar el experimento que conduce a nuestro entendimiento del átomo compuesto de núcleo y electrones.
La situación de partida
A finales del siglo XIX se tenía constancia (gracias a los experimentos de J. J. Thomson y otros que ya expondremos debidamente) que la materia estaba conformada por “algo” neutro de los cuales podemos extraer partículas cargadas negativamente cuya carga compensa exactamente la carga positiva que quedaba al extraer las partés negativas (electrones).
Recordemos que en estas fechas aún no se conocían ni protones ni neutrones, así que la estructura atómica era todo un misterio.
Pero ya se sabe que grandes afirmaciones necesitan de grandes pruebas para poder ser confirmadas.
Lanzando obuses sobre hojas de papel
Geiger y Marsden, a la sazón estudiantes de Rutherford, estaban trabajando con unas partículas clasificadas por su profesor que eran emitidas por determinados elementos, las partículas alfa.
Estas partículas tienen una carga positiva que duplica el valor absoluto de la carga del electrón (hoy sabemos que son núcleos de Helio-4 ionizados, dos protones y dos neutrones).
Su trabajo consistía en lanzar estas partículas contra una fina capa de metal, los metales pueden conseguirse en finas hojas denominadas panes.
Eligieron trabajar con pan de oro de unas pocas diezmilésimas de centímetros de espesor (un espesor de unos 2000 átomos).
Si el modelo de la tarta de pasas era correcto las partículas alfa tendrían que atravesar la muestra sin apenas desviación.
Las desviaciones sería pequeñas si se pasar cerca de una carga negativa, pero debido a que las partículas alfa son suficientemente pesadas y su energía cinética más o menos elevada no se esperan desviaciones dramáticas.
Así que los estudiantes decidieron poner una lámina de pan de oro, lanzarle partículas alfa y ver que pasaba, para ello pusieron un detector (emulsión de un compuesto de plata en una pantalla que tiene la propiedad de dejar un punto brillante cuando impacta una de estas partículas en la misma).
Pero claro, eran experimentales y estos siempre están abiertos a las sorpresas así que el detector no sólo lo pusieron detrás de la hoja de oro, lo pusieron a todo su alrededor y encontraron algo así:
Observemos que hay partículas que literalmente rebotan contra el pan de oro y sufren desviaciones de 90º o más.
Esto va en contra del modelo de Thomson de la tarta de pasas:
- Muchas partículas pasan sin apenas desviación
(o se desvían ángulos pequeños).
- Algunas partículas se desvían mucho, 90º o más.
Esto sólo se puede interpretar si tenemos un centro que acumula toda la carga positiva del átomo y las partículas negativas (electrones) se mueven alrededor de este núcleo siendo el átomo entonces fundamentalmente vacío.
De hecho, en el modelo de tarta de pasas uno puede encontrar desviaciones de este tipo en un porcentaje 
, pero lo que se encuentra es que se desvían 1 de cada 20000. Ciertamente diferentes los números.
, pero lo que se encuentra es que se desvían 1 de cada 20000. Ciertamente diferentes los números.Se propone un modelo
A la vista de esto está claro que se propone el siguiente modelo:
El átomo está formado por un núcleo positivo y electrones orbitando a su alrededor. Siendo en gran parte espacio vacío.
Pero claro, eso también hay que verificarlo.
Y así lo hicieron, se pusieron a calcular cuantas partículas se dispersarían en función del ángulo y encontraron que la probabilidad de dispersión en función del ángulo 
dependería del ángulo proporcionalmente a:
dependería del ángulo proporcionalmente a:
1.- Graficamos las predicciones teóricas de tres modelos, el modelo de Dalton (azul), el modelo de Thomson (verde) y el modelo de Rutherford (rojo) del número de partículas dispersadas en función del ángulo de dispersión.
2.- Superponemos los datos experimentales (puntos negros) y encontramos:
Como se puede ver el modelo de núcleo+electrones es el que se ajusta perfectamente a los datos experimentales.
Es por esto que “creemos” que la materia se organiza en átomos con núcleos y electrones orbitando alrededor, porque así lo dice el experimento.
Para finalizar nada mejor que el artículo de Geiger y Marsden:
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