'포항공대' 물��실험 - 금박에서의 알파입자 산란을 통한 러덏퍼드 원자모�� 탐구

본 실험에서는 물질의 기본인 원자의 구조를 탐구한다. Rutherford가 제시한 원자모��인 원자 중심에 양전하를 띠며, 대부분의 질량을 차지하는 원자핵이 있고 그 주위를 전자가 돌고 있는 태양계 모델을 검증한다. 금박에 여러 각도에서 α입자를 쏘아주고 검출기에 검출되는 정도를 측정하여 그 결과가 〖1/sin〗^4⁡〖θ/2〗왿� 비례함을 알아내어 Rutherford의 원자모��로부터 유도된 산란공식과 그의 태양계 가설이 타당함을 검증하였다.

INTRODUCTION
물질이 원자로 이루어져 있다는 생각은 18세기 John Dalton 원자설에서부터 시작되었다. 19세기, J.J. Thomson은 음극선 실험에서 전기장(자기장)을 걸어주었을 때 광선이 휘는 것을 통해 전자를 발견하였고 원자는 푸딩같이 생겼으며 전자가 군데군데 박혀있다는 푸딩-건포도 모델을 제시하였다. J.J. Thomson의 제자였던 Ernest Rutherford는 얇은 금속 막에 α입자를 쏘아 푸딩 모델의 타당성을 검증하려 했었다. 푸딩-건포도 모델이 맞다면, α입자는 고에너지를 갖고 있지만 원자 내에서 양전하는 넓게 분포되어있으므로 α입자가 쏘아졌을 때 전기적 반발력을 충분히 주지 못해 α입자는 경로가 조금 휘어지거나 거의 직진하여 금속 막 반대편으로 검출될 것이라 생각하였다. 하지만 그의 동료 Geiger왿� Marsden이 수행한 실험에서 1/8000의 확률로 α입자빔과 검출기 사이의 각도가 90°일 때도 도달하였고, 새로운 원자모��이 필요하였다. Rutherford는 양전하왿� 원자 질량의 대부분을 차지하는 ‘핵’이 원자 중심에 10^(-14) m의 스케일로 존재할 것이라고 가정하였고, 그 가정에 맞는 산란공식을 유도하였다. Geiger왿� Marsden의 실험결과는 Rutherford의 산란공식이 타당함을 입증하여 Rutherford의 태양계 모델은 널리 받아들여졌다.