12.1 ਜਾਣ-ਪਛਾਣ

ਉਨੀਵੀਂ ਸਦੀ ਤੱਕ, ਪਦਾਰਥ ਦੀ ਪਰਮਾਣੂ ਪਰਿਕਲਪਨਾ ਦੇ ਸਮਰਥਨ ਵਿੱਚ ਕਾਫ਼ੀ ਸਬੂਤ ਜਮ੍ਹਾ ਹੋ ਚੁੱਕੇ ਸਨ। 1897 ਵਿੱਚ, ਅੰਗਰੇਜ਼ ਭੌਤਿਕ ਵਿਗਿਆਨੀ ਜੇ. ਜੇ. ਥੌਮਸਨ (1856-1940) ਦੁਆਰਾ ਗੈਸਾਂ ਵਿੱਚ ਬਿਜਲੀ ਡਿਸਚਾਰਜ ‘ਤੇ ਕੀਤੇ ਗਏ ਪ੍ਰਯੋਗਾਂ ਨੇ ਦਰਸਾਇਆ ਕਿ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਤੱਤਾਂ ਦੇ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਵਿੱਚ ਨਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜਿਤ ਅੰਗ (ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ) ਹੁੰਦੇ ਹਨ ਜੋ ਸਾਰੇ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਲਈ ਇੱਕੋ ਜਿਹੇ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਪੂਰੇ ਤੌਰ ‘ਤੇ ਪਰਮਾਣੂ ਬਿਜਲਈ ਤੌਰ ‘ਤੇ ਨਿਰਪੱਖ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਇਸ ਲਈ, ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਦੇ ਨਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਨੂੰ ਨਿਰਪੱਖ ਕਰਨ ਲਈ ਪਰਮਾਣੂ ਵਿੱਚ ਕੁਝ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਵੀ ਹੋਣਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ। ਪਰ ਪਰਮਾਣੂ ਦੇ ਅੰਦਰ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਦੀ ਵਿਵਸਥਾ ਕੀ ਹੈ? ਦੂਜੇ ਸ਼ਬਦਾਂ ਵਿੱਚ, ਪਰਮਾਣੂ ਦੀ ਬਣਤਰ ਕੀ ਹੈ?

ਪਰਮਾਣੂ ਦਾ ਪਹਿਲਾ ਮਾਡਲ ਜੇ. ਜੇ. ਥੌਮਸਨ ਦੁਆਰਾ 1898 ਵਿੱਚ ਪੇਸ਼ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। ਇਸ ਮਾਡਲ ਅਨੁਸਾਰ, ਪਰਮਾਣੂ ਦਾ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਪਰਮਾਣੂ ਦੇ ਆਇਤਨ ਵਿੱਚ ਇਕਸਾਰ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਵੰਡਿਆ ਹੋਇਆ ਹੈ ਅਤੇ ਨਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜਿਤ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਇਸ ਵਿੱਚ ਤਰਬੂਜ਼ ਵਿੱਚ ਬੀਜਾਂ ਵਾਂਗ ਧਸੇ ਹੋਏ ਹਨ। ਇਸ ਮਾਡਲ ਨੂੰ ਸੁੰਦਰ ਢੰਗ ਨਾਲ ਪਰਮਾਣੂ ਦਾ ਪਲੱਮ ਪੁਡਿੰਗ ਮਾਡਲ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਸੀ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਇਸ ਅਧਿਆਇ ਵਿੱਚ ਦੱਸੇ ਗਏ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ‘ਤੇ ਬਾਅਦ ਦੇ ਅਧਿਐਨਾਂ ਨੇ ਦਰਸਾਇਆ ਕਿ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨਾਂ ਅਤੇ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜਾਂ ਦੀ ਵੰਡ ਇਸ ਮਾਡਲ ਵਿੱਚ ਪ੍ਰਸਤਾਵਿਤ ਵੰਡ ਤੋਂ ਬਹੁਤ ਵੱਖਰੀ ਹੈ।

ਅਸੀਂ ਜਾਣਦੇ ਹਾਂ ਕਿ ਸੰਘਣੇ ਪਦਾਰਥ (ਠੋਸ ਅਤੇ ਤਰਲ) ਅਤੇ ਸਾਰੇ ਤਾਪਮਾਨਾਂ ‘ਤੇ ਘਣ ਗੈਸਾਂ ਬਿਜਲਈ-ਚੁੰਬਕੀ ਵਿਕਿਰਣ ਉਤਸਰਜਿਤ ਕਰਦੀਆਂ ਹਨ ਜਿਸ ਵਿੱਚ ਕਈ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈਆਂ ਦੀ ਇੱਕ ਨਿਰੰਤਰ ਵੰਡ ਮੌਜੂਦ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਹਾਲਾਂਕਿ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਤੀਬਰਤਾਵਾਂ ਨਾਲ। ਇਸ ਵਿਕਿਰਣ ਨੂੰ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਅਤੇ ਅਣੂਆਂ ਦੇ ਦੋਲਨਾਂ ਕਾਰਨ ਮੰਨਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਹਰੇਕ ਪਰਮਾਣੂ ਜਾਂ ਅਣੂ ਦੇ ਇਸਦੇ ਗੁਆਂਢੀਆਂ ਨਾਲ ਪਰਸਪਰ ਕ੍ਰਿਆ ਦੁਆਰਾ ਨਿਯੰਤ੍ਰਿਤ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਇਸਦੇ ਉਲਟ, ਇੱਕ ਲਾਟ ਵਿੱਚ ਗਰਮ ਕੀਤੀਆਂ ਗਈਆਂ ਵਿਰਲੀਆਂ ਗੈਸਾਂ, ਜਾਂ ਇੱਕ ਗਲੋ ਟਿਊਬ ਵਿੱਚ ਬਿਜਲਈ ਤੌਰ ‘ਤੇ ਉਤੇਜਿਤ ਕੀਤੀਆਂ ਗੈਸਾਂ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਪਰਿਚਿਤ ਨੀਓਨ ਸਾਈਨ ਜਾਂ ਮਰਕਰੀ ਵੇਪਰ ਲਾਈਟ, ਤੋਂ ਉਤਸਰਜਿਤ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਦੀਆਂ ਸਿਰਫ਼ ਕੁਝ ਨਿਸ਼ਚਿਤ ਵਿਅਕਤੀਗਤ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈਆਂ ਹੁੰਦੀਆਂ ਹਨ। ਸਪੈਕਟ੍ਰਮ ਚਮਕਦਾਰ ਰੇਖਾਵਾਂ ਦੀ ਇੱਕ ਲੜੀ ਵਜੋਂ ਦਿਖਾਈ ਦਿੰਦਾ ਹੈ। ਅਜਿਹੀਆਂ ਗੈਸਾਂ ਵਿੱਚ, ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਵਿਚਕਾਰ ਔਸਤ ਦੂਰੀ ਵੱਡੀ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, ਉਤਸਰਜਿਤ ਵਿਕਿਰਣ ਨੂੰ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਜਾਂ ਅਣੂਆਂ ਵਿਚਕਾਰ ਪਰਸਪਰ ਕ੍ਰਿਆਵਾਂ ਦੇ ਬਜਾਏ ਵਿਅਕਤੀਗਤ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਕਾਰਨ ਮੰਨਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ।

ਉਨੀਵੀਂ ਸਦੀ ਦੇ ਸ਼ੁਰੂ ਵਿੱਚ ਇਹ ਵੀ ਸਥਾਪਿਤ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ ਕਿ ਹਰੇਕ ਤੱਤ ਵਿਕਿਰਣ ਦੇ ਇੱਕ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ ਸਪੈਕਟ੍ਰਮ ਨਾਲ ਜੁੜਿਆ ਹੋਇਆ ਹੈ, ਉਦਾਹਰਣ ਲਈ, ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਹਮੇਸ਼ਾ ਰੇਖਾਵਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਨਿਸ਼ਚਿਤ ਸਾਪੇਖਿਕ ਸਥਿਤੀ ਵਾਲੀਆਂ ਰੇਖਾਵਾਂ ਦਾ ਇੱਕ ਸੈੱਟ ਦਿੰਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਤੱਥ ਨੇ ਪਰਮਾਣੂ ਦੀ ਅੰਦਰੂਨੀ ਬਣਤਰ ਅਤੇ ਇਸਦੁਆਰਾ ਉਤਸਰਜਿਤ ਵਿਕਿਰਣ ਦੇ ਸਪੈਕਟ੍ਰਮ ਵਿਚਕਾਰ ਇੱਕ ਗੂੜ੍ਹੇ ਸੰਬੰਧ ਦਾ ਸੰਕੇਤ ਦਿੱਤਾ। 1885 ਵਿੱਚ, ਜੋਹਾਨ ਜੈਕਬ ਬਾਲਮਰ (1825 - 1898) ਨੇ ਇੱਕ ਸਰਲ ਅਨੁਭਵਵਾਦੀ ਫਾਰਮੂਲਾ ਪ੍ਰਾਪਤ ਕੀਤਾ ਜਿਸਨੇ ਪਰਮਾਣੂ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਦੁਆਰਾ ਉਤਸਰਜਿਤ ਰੇਖਾਵਾਂ ਦੇ ਇੱਕ ਸਮੂਹ ਦੀਆਂ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈਆਂ ਦਿੱਤੀਆਂ। ਕਿਉਂਕਿ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਜਾਣੇ-ਪਛਾਣੇ ਤੱਤਾਂ ਵਿੱਚੋਂ ਸਭ ਤੋਂ ਸਰਲ ਹੈ, ਅਸੀਂ ਇਸ ਅਧਿਆਇ ਵਿੱਚ ਇਸਦੇ ਸਪੈਕਟ੍ਰਮ ‘ਤੇ ਵਿਸਤਾਰ ਨਾਲ ਵਿਚਾਰ ਕਰਾਂਗੇ।

ਜੇ. ਜੇ. ਥੌਮਸਨ ਦੇ ਇੱਕ ਸਾਬਕਾ ਖੋਜ ਵਿਦਿਆਰਥੀ, ਅਰਨਸਟ ਰਦਰਫੋਰਡ (1871-1937), ਕੁਝ ਰੇਡੀਓਐਕਟਿਵ ਤੱਤਾਂ ਦੁਆਰਾ ਉਤਸਰਜਿਤ $\alpha$-ਕਣਾਂ ‘ਤੇ ਪ੍ਰਯੋਗਾਂ ਵਿੱਚ ਰੁੱਝੇ ਹੋਏ ਸਨ। 1906 ਵਿੱਚ, ਉਨ੍ਹਾਂ ਨੇ ਪਰਮਾਣੂ ਬਣਤਰ ਦੀ ਜਾਂਚ ਕਰਨ ਲਈ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਦੁਆਰਾ ਇਨ੍ਹਾਂ $\alpha$-ਕਣਾਂ ਦੇ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ਦੇ ਇੱਕ ਕਲਾਸਿਕ ਪ੍ਰਯੋਗ ਦਾ ਪ੍ਰਸਤਾਵ ਰੱਖਿਆ। ਇਹ ਪ੍ਰਯੋਗ ਬਾਅਦ ਵਿੱਚ 1911 ਦੇ ਆਸ-ਪਾਸ ਹੰਸ ਗੀਗਰ (1882-1945) ਅਤੇ ਅਰਨਸਟ ਮਾਰਸਡਨ (1889-1970, ਜੋ 20 ਸਾਲ ਦਾ ਵਿਦਿਆਰਥੀ ਸੀ ਅਤੇ ਉਸਨੇ ਅਜੇ ਤੱਕ ਆਪਣੀ ਬੈਚਲਰ ਦੀ ਡਿਗਰੀ ਪ੍ਰਾਪਤ ਨਹੀਂ ਕੀਤੀ ਸੀ) ਦੁਆਰਾ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। ਵੇਰਵਿਆਂ ‘ਤੇ ਭਾਗ 12.2 ਵਿੱਚ ਚਰਚਾ ਕੀਤੀ ਗਈ ਹੈ। ਨਤੀਜਿਆਂ ਦੀ ਵਿਆਖਿਆ ਨੇ ਰਦਰਫੋਰਡ ਦੇ ਪਰਮਾਣੂ ਦੇ ਗ੍ਰਹਿ ਮਾਡਲ (ਜਿਸਨੂੰ ਪਰਮਾਣੂ ਦਾ ਨਿਊਕਲੀਅਰ ਮਾਡਲ ਵੀ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ) ਦੇ ਜਨਮ ਦੀ ਅਗਵਾਈ ਕੀਤੀ। ਇਸ ਅਨੁਸਾਰ ਪਰਮਾਣੂ ਦਾ ਸਾਰਾ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਅਤੇ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਪੁੰਜ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਨਾਮਕ ਇੱਕ ਛੋਟੇ ਆਇਤਨ ਵਿੱਚ ਕੇਂਦ੍ਰਿਤ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਦੁਆਲੇ ਉਸੇ ਤਰ੍ਹਾਂ ਘੁੰਮਦੇ ਹਨ ਜਿਵੇਂ ਗ੍ਰਹਿ ਸੂਰਜ ਦੁਆਲੇ ਘੁੰਮਦੇ ਹਨ।

ਅਰਨਸਟ ਰਦਰਫੋਰਡ (1871 – 1937)

ਅਰਨਸਟ ਰਦਰਫੋਰਡ (1871 – 1937) ਨਿਊਜ਼ੀਲੈਂਡ ਵਿੱਚ ਜਨਮੇ, ਬ੍ਰਿਟਿਸ਼ ਭੌਤਿਕ ਵਿਗਿਆਨੀ ਜਿਨ੍ਹਾਂ ਨੇ ਰੇਡੀਓਐਕਟਿਵ ਵਿਕਿਰਣ ‘ਤੇ ਪਾਇਨੀਅਰਿੰਗ ਕੰਮ ਕੀਤਾ। ਉਨ੍ਹਾਂ ਨੇ ਅਲਫਾ-ਰੇਜ਼ ਅਤੇ ਬੀਟਾ-ਰੇਜ਼ ਖੋਜੇ। ਫਰੈਡਰਿਕ ਸੋਡੀ ਦੇ ਨਾਲ, ਉਨ੍ਹਾਂ ਨੇ ਰੇਡੀਓਐਕਟੀਵਿਟੀ ਦਾ ਆਧੁਨਿਕ ਸਿਧਾਂਤ ਬਣਾਇਆ। ਉਨ੍ਹਾਂ ਨੇ ਥੋਰੀਅਮ ਦੇ ‘ਉਤਸਰਜਨ’ ਦਾ ਅਧਿਐਨ ਕੀਤਾ ਅਤੇ ਇੱਕ ਨਵੀਂ ਨੋਬਲ ਗੈਸ, ਰੇਡੋਨ ਦਾ ਇੱਕ ਆਈਸੋਟੋਪ ਖੋਜਿਆ, ਜਿਸਨੂੰ ਹੁਣ ਥੋਰੋਨ ਕਿਹਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਧਾਤ ਦੀਆਂ ਪਤਲੀਆਂ ਚਾਦਰਾਂ ਤੋਂ ਅਲਫਾ-ਰੇਜ਼ਾਂ ਨੂੰ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ਕਰਕੇ, ਉਨ੍ਹਾਂ ਨੇ ਪਰਮਾਣੂ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਖੋਜਿਆ ਅਤੇ ਪਰਮਾਣੂ ਦੇ ਗ੍ਰਹਿ ਮਾਡਲ ਦਾ ਪ੍ਰਸਤਾਵ ਰੱਖਿਆ। ਉਨ੍ਹਾਂ ਨੇ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਦਾ ਅੰਦਾਜ਼ਨ ਆਕਾਰ ਵੀ ਅੰਦਾਜ਼ਾ ਲਗਾਇਆ।

ਰਦਰਫੋਰਡ ਦਾ ਨਿਊਕਲੀਅਰ ਮਾਡਲ ਇੱਕ ਵੱਡਾ ਕਦਮ ਸੀ ਜਿਸ ਵੱਲ ਅਸੀਂ ਅੱਜ ਪਰਮਾਣੂ ਨੂੰ ਦੇਖਦੇ ਹਾਂ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਇਹ ਇਹ ਸਮਝਾਉਣ ਵਿੱਚ ਅਸਮਰੱਥ ਸੀ ਕਿ ਪਰਮਾਣੂ ਸਿਰਫ਼ ਵਿਅਕਤੀਗਤ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈਆਂ ਦਾ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਕਿਉਂ ਉਤਸਰਜਿਤ ਕਰਦੇ ਹਨ। ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਵਰਗਾ ਇੱਕ ਸਿੰਗਲ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਅਤੇ ਇੱਕ ਸਿੰਗਲ ਪ੍ਰੋਟੋਨ ਵਾਲਾ ਇੱਕ ਪਰਮਾਣੂ, ਵਿਸ਼ੇਸ਼ ਤਰੰਗ-ਲੰਬਾਈਆਂ ਦਾ ਇੱਕ ਜਟਿਲ ਸਪੈਕਟ੍ਰਮ ਕਿਵੇਂ ਉਤਸਰਜਿਤ ਕਰ ਸਕਦਾ ਹੈ? ਪਰਮਾਣੂ ਦੀ ਕਲਾਸੀਕਲ ਤਸਵੀਰ ਵਿੱਚ, ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਦੁਆਲੇ ਉਸੇ ਤਰ੍ਹਾਂ ਘੁੰਮਦਾ ਹੈ ਜਿਵੇਂ ਇੱਕ ਗ੍ਰਹਿ ਸੂਰਜ ਦੁਆਲੇ ਘੁੰਮਦਾ ਹੈ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਅਸੀਂ ਦੇਖਾਂਗੇ ਕਿ ਅਜਿਹੇ ਮਾਡਲ ਨੂੰ ਸਵੀਕਾਰ ਕਰਨ ਵਿੱਚ ਕੁਝ ਗੰਭੀਰ ਮੁਸ਼ਕਲਾਂ ਹਨ।

12.2 ਅਲਫਾ-ਕਣ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ਅਤੇ ਪਰਮਾਣੂ ਦਾ ਰਦਰਫੋਰਡ ਦਾ ਨਿਊਕਲੀਅਰ ਮਾਡਲ

ਅਰਨਸਟ ਰਦਰਫੋਰਡ ਦੇ ਸੁਝਾਅ ‘ਤੇ, 1911 ਵਿੱਚ, ਐਚ. ਗੀਗਰ ਅਤੇ ਈ. ਮਾਰਸਡਨ ਨੇ ਕੁਝ ਪ੍ਰਯੋਗ ਕੀਤੇ। ਉਨ੍ਹਾਂ ਦੇ ਇੱਕ ਪ੍ਰਯੋਗ ਵਿੱਚ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ

ਚਿੱਤਰ 12.1 ਗੀਗਰ-ਮਾਰਸਡਨ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ਪ੍ਰਯੋਗ। ਪੂਰਾ ਉਪਕਰਣ ਇੱਕ ਵੈਕਿਊਮ ਚੈਂਬਰ ਵਿੱਚ ਰੱਖਿਆ ਗਿਆ ਹੈ (ਇਸ ਚਿੱਤਰ ਵਿੱਚ ਨਹੀਂ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ)।

ਚਿੱਤਰ 12.1 ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ, ਉਨ੍ਹਾਂ ਨੇ ਸੋਨੇ ਦੀ ਬਣੀ ਇੱਕ ਪਤਲੀ ਧਾਤ ਦੀ ਪੱਤਰੀ ‘ਤੇ ਇੱਕ ${83}^{214} \mathrm{Bi}$ ਰੇਡੀਓਐਕਟਿਵ ਸੋਰਸ ਤੋਂ ਉਤਸਰਜਿਤ $5.5 \mathrm{MeV} \alpha$-ਕਣਾਂ ਦੀ ਇੱਕ ਬੀਮ ਨੂੰ ਨਿਰਦੇਸ਼ਿਤ ਕੀਤਾ। ਚਿੱਤਰ 12.2 ਇਸ ਪ੍ਰਯੋਗ ਦਾ ਇੱਕ ਰੇਖਾਚਿੱਤਰ ਦਰਸਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਇੱਕ ${83}^{214} \mathrm{Bi}$ ਰੇਡੀਓਐਕਟਿਵ ਸੋਰਸ ਦੁਆਰਾ ਉਤਸਰਜਿਤ ਅਲਫਾ-ਕਣਾਂ ਨੂੰ ਸਿੱਕੇ ਦੀਆਂ ਇੱਟਾਂ ਵਿੱਚੋਂ ਲੰਘ ਕੇ ਇੱਕ ਤੰਗ ਬੀਮ ਵਿੱਚ ਸਮਾਂਤਰ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। ਬੀਮ ਨੂੰ ਸੋਨੇ ਦੀ $2.1 \times 10^{-7} \mathrm{~m}$ ਮੋਟਾਈ ਦੀ ਇੱਕ ਪਤਲੀ ਪੱਤਰੀ ‘ਤੇ ਡਿੱਗਣ ਦਿੱਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। ਪ੍ਰਕੀਰਣ ਕੀਤੇ ਗਏ ਅਲਫਾ-ਕਣਾਂ ਨੂੰ ਜ਼ਿੰਕ ਸਲਫਾਈਡ ਸਕ੍ਰੀਨ ਅਤੇ ਇੱਕ ਮਾਈਕ੍ਰੋਸਕੋਪ ਦੇ ਬਣੇ ਇੱਕ ਘੁੰਮਣਯੋਗ ਡਿਟੈਕਟਰ ਦੁਆਰਾ ਦੇਖਿਆ ਗਿਆ ਸੀ। ਸਕ੍ਰੀਨ ‘ਤੇ ਟਕਰਾਉਣ ਵਾਲੇ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ਕੀਤੇ ਗਏ ਅਲਫਾ-ਕਣਾਂ ਨੇ ਛੋਟੇ ਪ੍ਰਕਾਸ਼ ਫਲੈਸ਼ ਜਾਂ ਸਿੰਟੀਲੇਸ਼ਨ ਪੈਦਾ ਕੀਤੇ। ਇਹ ਫਲੈਸ਼ਾਂ ਨੂੰ ਇੱਕ ਮਾਈਕ੍ਰੋਸਕੋਪ ਦੁਆਰਾ ਦੇਖਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ਕੀਤੇ ਗਏ ਕਣਾਂ ਦੀ ਗਿਣਤੀ ਦੀ ਵੰਡ ਨੂੰ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ਕੋਣ ਦੇ ਫੰਕਸ਼ਨ ਵਜੋਂ ਅਧਿਐਨ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ।

ਚਿੱਤਰ 12.2 ਗੀਗਰ-ਮਾਰਸਡਨ ਪ੍ਰਯੋਗ ਦੀ ਰੇਖਾਚਿੱਤਰੀ ਵਿਵਸਥਾ।

ਇੱਕ ਨਿਸ਼ਚਿਤ ਸਮਾਂ ਅੰਤਰਾਲ ਵਿੱਚ, ਵੱਖ-ਵੱਖ ਕੋਣਾਂ ‘ਤੇ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ਕੀਤੇ ਗਏ $\alpha$-ਕਣਾਂ ਦੀ ਕੁੱਲ ਗਿਣਤੀ ਦਾ ਇੱਕ ਆਮ ਗ੍ਰਾਫ ਚਿੱਤਰ 12.3 ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ। ਇਸ ਚਿੱਤਰ ਵਿੱਚ ਬਿੰਦੂ ਡੇਟਾ ਪੁਆਇੰਟਾਂ ਨੂੰ ਦਰਸਾਉਂਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਠੋਸ ਵਕਰ ਇਸ ਧਾਰਨਾ ‘ਤੇ ਆਧਾਰਿਤ ਸਿਧਾਂਤਕ ਭਵਿੱਖਬਾਣੀ ਹੈ ਕਿ ਟਾਰਗੇਟ ਪਰਮਾਣੂ ਦਾ ਇੱਕ ਛੋਟਾ, ਸੰਘਣਾ, ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜਿਤ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਹੈ। ਬਹੁਤ ਸਾਰੇ $\alpha$-ਕਣ ਪੱਤਰੀ ਵਿੱਚੋਂ ਲੰਘ ਜਾਂਦੇ ਹਨ। ਇਸਦਾ ਮਤਲਬ ਹੈ ਕਿ ਉਹ ਕਿਸੇ ਵੀ ਟਕਰਾਅ ਤੋਂ ਪੀੜਤ ਨਹੀਂ ਹੁੰਦੇ। ਸਿਰਫ਼ ਲਗਭਗ $0.14 %$ ਆਪਤਿਤ $\alpha$-ਕਣ $1^{\circ}$ ਤੋਂ ਵੱਧ ਦੁਆਰਾ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ਹੁੰਦੇ ਹਨ; ਅਤੇ ਲਗਭਗ 8000 ਵਿੱਚੋਂ 1 $90^{\circ}$ ਤੋਂ ਵੱਧ ਦੁਆਰਾ ਵਿਚਲਿਤ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਰਦਰਫੋਰਡ ਨੇ ਤਰਕ ਦਿੱਤਾ ਕਿ, $\alpha$-ਕਣ ਨੂੰ ਪਿੱਛੇ ਵੱਲ ਵਿਚਲਿਤ ਕਰਨ ਲਈ, ਇਸਨੂੰ ਇੱਕ ਵੱਡਾ ਵਿਕਰਸ਼ਕ ਬਲ ਅਨੁਭਵ ਕਰਨਾ ਚਾਹੀਦਾ ਹੈ। ਇਹ ਬਲ ਪ੍ਰਦਾਨ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ ਜੇਕਰ ਪਰਮਾਣੂ ਦੇ ਪੁੰਜ ਅਤੇ ਇਸਦੇ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਦਾ ਵੱਡਾ ਹਿੱਸਾ ਇਸਦੇ ਕੇਂਦਰ ‘ਤੇ ਕੱਸ ਕੇ ਕੇਂਦ੍ਰਿਤ ਹੋਵੇ। ਫਿਰ ਆਉਣ ਵਾਲਾ $\alpha$-ਕਣ ਇਸ ਵਿੱਚ ਘੁਸੇ ਬਿਨਾਂ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਦੇ ਬਹੁਤ ਨੇੜੇ ਪਹੁੰਚ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਅਜਿਹਾ ਨਜ਼ਦੀਕੀ ਸੰਪਰਕ ਇੱਕ ਵੱਡੇ ਵਿਚਲਨ ਦਾ ਨਤੀਜਾ ਦੇਵੇਗਾ। ਇਹ ਸਹਿਮਤੀ ਨੇ ਨਿਊਕਲੀਅਰ ਪਰਮਾਣੂ ਦੀ ਪਰਿਕਲਪਨਾ ਦਾ ਸਮਰਥਨ ਕੀਤਾ। ਇਹੀ ਕਾਰਨ ਹੈ ਕਿ ਰਦਰਫੋਰਡ ਨੂੰ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਦੀ ਖੋਜ ਦਾ ਸਿਹਰਾ ਦਿੱਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।

ਪਰਮਾਣੂ ਦੇ ਰਦਰਫੋਰਡ ਦੇ ਨਿਊਕਲੀਅਰ ਮਾਡਲ ਵਿੱਚ, ਸਾਰਾ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਅਤੇ ਪਰਮਾਣੂ ਦਾ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਪੁੰਜ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਵਿੱਚ ਕੇਂਦ੍ਰਿਤ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਕੁਝ ਦੂਰੀ ‘ਤੇ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਦੁਆਲੇ ਉਸੇ ਤਰ੍ਹਾਂ ਗ੍ਰਹਿ-ਪਥਾਂ ‘ਤੇ ਘੁੰਮ ਰਹੇ ਹੋਣਗੇ ਜਿਵੇਂ ਗ੍ਰਹਿ ਸੂਰਜ ਦੁਆਲੇ ਘੁੰਮਦੇ ਹਨ। ਰਦਰਫੋਰਡ ਦੇ ਪ੍ਰਯੋਗਾਂ ਨੇ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਦਾ ਆਕਾਰ ਲਗਭਗ $10^{-15} \mathrm{~m}$ ਤੋਂ $10^{-14} \mathrm{~m}$ ਹੋਣ ਦਾ ਸੁਝਾਅ ਦਿੱਤਾ। ਗਤਿਕ ਸਿਧਾਂਤ ਤੋਂ, ਪਰਮਾਣੂ ਦਾ ਆਕਾਰ $10^{-10} \mathrm{~m}$ ਹੋਣਾ ਜਾਣਿਆ ਜਾਂਦਾ ਸੀ,

ਚਿੱਤਰ 12.3 ਗੀਗਰ ਅਤੇ ਮਾਰਸਡਨ ਦੁਆਰਾ ਚਿੱਤਰ 12.1 ਅਤੇ 12.2 ਵਿੱਚ ਦਰਸਾਏ ਗਏ ਸੈੱਟਅੱਪ ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਕੇ ਵੱਖ-ਵੱਖ ਕੋਣਾਂ ‘ਤੇ ਇੱਕ ਪਤਲੀ ਪੱਤਰੀ ਦੁਆਰਾ $\alpha$-ਕਣਾਂ ਦੇ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ‘ਤੇ ਪ੍ਰਯੋਗਿਕ ਡੇਟਾ ਪੁਆਇੰਟ (ਬਿੰਦੂਆਂ ਦੁਆਰਾ ਦਰਸਾਏ ਗਏ)। ਰਦਰਫੋਰਡ ਦਾ ਨਿਊਕਲੀਅਰ ਮਾਡਲ ਠੋਸ ਵਕਰ ਦੀ ਭਵਿੱਖਬਾਣੀ ਕਰਦਾ ਹੈ ਜੋ ਪ੍ਰਯੋਗ ਨਾਲ ਚੰਗੀ ਸਹਿਮਤੀ ਵਿੱਚ ਦੇਖਿਆ ਜਾਂਦਾ ਹੈ।

ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਦੇ ਆਕਾਰ ਤੋਂ ਲਗਭਗ 10,000 ਤੋਂ 100,000 ਗੁਣਾ ਵੱਡਾ (ਕਲਾਸ XI ਭੌਤਿਕ ਵਿਗਿਆਨ ਪਾਠ ਪੁਸਤਕ ਦੇ ਅਧਿਆਇ 10, ਭਾਗ 10.6 ਵੇਖੋ)। ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ, ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਤੋਂ ਲਗਭਗ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਦੇ ਆਕਾਰ ਦੇ 10,000 ਤੋਂ 100,000 ਗੁਣਾ ਦੂਰੀ ‘ਤੇ ਹੋਣਗੇ। ਇਸ ਤਰ੍ਹਾਂ, ਪਰਮਾਣੂ ਦਾ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ ਹਿੱਸਾ ਖਾਲੀ ਸਥਾਨ ਹੈ। ਪਰਮਾਣੂ ਦੇ ਵੱਡੇ ਪੱਧਰ ‘ਤੇ ਖਾਲੀ ਸਥਾਨ ਹੋਣ ਕਾਰਨ, ਇਹ ਸਮਝਣਾ ਆਸਾਨ ਹੈ ਕਿ ਜ਼ਿਆਦਾਤਰ $\alpha$-ਕਣ ਇੱਕ ਪਤਲੀ ਧਾਤ ਦੀ ਪੱਤਰੀ ਵਿੱਚੋਂ ਸਿੱਧੇ ਕਿਉਂ ਲੰਘ ਜਾਂਦੇ ਹਨ। ਹਾਲਾਂਕਿ, ਜਦੋਂ $\alpha$-ਕਣ ਕਿਸੇ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਦੇ ਨੇੜੇ ਆਉਂਦਾ ਹੈ, ਤਾਂ ਉੱਥੇ ਤੀਬਰ ਬਿਜਲਈ ਖੇਤਰ ਇਸਨੂੰ ਇੱਕ ਵੱਡੇ ਕੋਣ ਰਾਹੀਂ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਪਰਮਾਣੂ ਇਲੈਕਟ੍ਰਾਨ, ਇੰਨੇ ਹਲਕੇ ਹੋਣ ਕਾਰਨ, $\alpha$-ਕਣਾਂ ‘ਤੇ ਵਿਸ਼ੇਸ਼ ਪ੍ਰਭਾਵ ਨਹੀਂ ਪਾਉਂਦੇ।

ਚਿੱਤਰ 12.3 ਵਿੱਚ ਦਰਸਾਏ ਗਏ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ਡੇਟਾ ਦਾ ਪਰਮਾਣੂ ਦੇ ਰਦਰਫੋਰਡ ਦੇ ਨਿਊਕਲੀਅਰ ਮਾਡਲ ਨੂੰ ਨਿਯੁਕਤ ਕਰਕੇ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਕਿਉਂਕਿ ਸੋਨੇ ਦੀ ਪੱਤਰੀ ਬਹੁਤ ਪਤਲੀ ਹੈ, ਇਹ ਮੰਨਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ ਕਿ $\alpha$-ਕਣ ਇਸ ਵਿੱਚੋਂ ਲੰਘਣ ਦੇ ਦੌਰਾਨ ਇੱਕ ਤੋਂ ਵੱਧ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ਤੋਂ ਪੀੜਤ ਨਹੀਂ ਹੋਣਗੇ। ਇਸ ਲਈ, ਇੱਕ ਅਲਫਾ-ਕਣ ਦੇ ਟਰੈਜੈਕਟਰੀ ਦੀ ਗਣਨਾ ਜੋ ਇੱਕ ਸਿੰਗਲ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਦੁਆਰਾ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਕਾਫ਼ੀ ਹੈ। ਅਲਫਾ-ਕਣ ਹੀਲੀਅਮ ਪਰਮਾਣੂਆਂ ਦੇ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਹਨ ਅਤੇ, ਇਸ ਲਈ, ਦੋ ਯੂਨਿਟ, $2 e$, ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜ ਰੱਖਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਹੀਲੀਅਮ ਪਰਮਾਣੂ ਦਾ ਪੁੰਜ ਰੱਖਦੇ ਹਨ। ਸੋਨੇ ਦੇ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਦਾ ਚਾਰਜ $Z e$ ਹੈ, ਜਿੱਥੇ $Z$ ਪਰਮਾਣੂ ਦੀ ਪਰਮਾਣੂ ਸੰਖਿਆ ਹੈ; ਸੋਨੇ ਲਈ $Z=79$। ਕਿਉਂਕਿ ਸੋਨੇ ਦਾ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਇੱਕ $\alpha$-ਕਣ ਤੋਂ ਲਗਭਗ 50 ਗੁਣਾ ਭਾਰੀ ਹੈ, ਇਹ ਮੰਨਣਾ ਉਚਿਤ ਹੈ ਕਿ ਇਹ ਪੂਰੇ ਪ੍ਰਕੀਰਣ ਪ੍ਰਕਿਰਿਆ ਦੌਰਾਨ ਸਥਿਰ ਰਹਿੰਦਾ ਹੈ। ਇਨ੍ਹਾਂ ਧਾਰਨਾਵਾਂ ਅਧੀਨ, ਇੱਕ ਅਲਫਾ-ਕਣ ਦੀ ਟਰੈਜੈਕਟਰੀ ਦੀ ਗਣਨਾ ਨਿਊਟਨ ਦੇ ਗਤੀ ਦੇ ਦੂਜੇ ਨਿਯਮ ਅਤੇ ਅਲਫਾ-ਕਣ ਅਤੇ ਸਕਾਰਾਤਮਕ ਚਾਰਜਿਤ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਵਿਚਕਾਰ ਸਥਿਰ-ਵਿਦਿਅਤ ਵਿਕਰਸ਼ਕ ਬਲ ਲਈ ਕੂਲੰਬ ਦੇ ਨਿਯਮ ਨੂੰ ਨਿਯੁਕਤ ਕਰਕੇ ਕੀਤੀ ਜਾ ਸਕਦੀ ਹੈ। ਇਸ ਬਲ ਦੀ ਮਾਤਰਾ ਹੈ:

$$ \begin{equation*} F=\frac{1}{4 \pi \varepsilon_{0}} \frac{(2 e)(Z e)}{r^{2}} \tag{12.1} \end{equation*} $$

ਜਿੱਥੇ $r$ $\alpha$-ਕਣ ਅਤੇ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਵਿਚਕਾਰ ਦੂਰੀ ਹੈ। ਬਲ $\alpha$-ਕਣ ਅਤੇ ਨਿਊਕਲੀਅਸ ਨੂੰ ਜੋੜਨ ਵਾਲੀ ਰੇਖਾ ਦੇ ਨਾਲ ਨਿਰਦੇ