您可能想不到，100新西蘭元紙幣上印著的人物是一位物理學家，這位科學家名叫盧瑟福。

約瑟夫·約翰·湯姆遜在發現電子后聲名鵲起，年僅28歲便擔任了劍橋大學卡文迪許實驗室的主任。他的成就吸引了眾多學生，其中就包括本文的主人公——盧瑟福。

盧瑟福出生于新西蘭，出身農民家庭。據說，當他收到劍橋大學的錄取通知書時，還在田間勞作。他感慨地說：“這是我這輩子挖的最后一個土豆了。”于是，他借了路費，從新西蘭遠赴劍橋大學求學。在湯姆遜的指導下學習三年后，1898年，盧瑟福被聘為加拿大麥吉爾大學的教授。在那里，他開始研究放射性現象。早先，貝克勒爾和居里夫婦發現了天然放射性，即含鈾巖石能夠自發地放射出射線。盧瑟福的研究課題便是這些射線的本質。通過實驗，盧瑟福發現鈾巖放出的射線并非單一一束，因為在磁場下，射線會向兩個方向偏轉，這表明存在兩束電性不同的射線：一種帶正電，一種帶負電。他將帶正電的射線命名為α射線，帶負電的射線命名為β射線。實際上，還有一束不帶電的射線，這是后來由法國物理學家維拉爾發現并命名為γ射線的。γ射線實際上是一種高能電磁波。經過測算，盧瑟福發現帶負電的β射線就是湯姆遜發現的電子，但它們是高能電子束，具有很高的穿透力。至于這些電子束為何具有如此高的能量，以及α射線的本質，當時還是一個謎。然而，盧瑟福在1902年揭開了α粒子的神秘面紗。他發現α粒子是某些元素原子自發衰變時放射出來的，并提出了放射性半衰期的概念。某些元素，如鈾、居里夫婦發現的鐳和釙，在衰變過程中會放出α粒子，并轉變為其他元素。這在當時是一條爆炸性新聞。難道元素之間真的可以相互轉化嗎？這讓人聯想到了煉金術中的“點石成金”。盡管盧瑟福的發現讓人激動不已，但元素之間的轉化僅限于特定的放射性元素。幾年后，盧瑟福又取得了新的研究成果。他讓α粒子單獨進入一個管子，以便于研究。結果出人意料，他發現這些α粒子居然是氦氣。經過多次實驗，盧瑟福不得不接受這一事實：α粒子就是帶正電的氦原子。我們現在知道，α粒子實際上是氦原子核，即失去了電子的氦原子，因此帶正電。不過，當時盧瑟福還沒有提出原子核的概念。1907年，他公布了這一研究成果。諾貝爾獎委員會也認為這一成果非同小可，于是在1908年授予盧瑟福諾貝爾化學獎，盡管盧瑟福的重大發現還在后面。

此時，盧瑟福已回到英國，在曼徹斯特大學任教。他對α粒子情有獨鐘，因為它們是天然放射出來的，既經濟又方便。他想用α粒子轟擊其他原子，看看會發生什么。這個想法雖然簡單，但實際上許多粒子的發現都是通過這種方式實現的。當時，他用α粒子轟擊金箔，并沒有期待會有重大發現。因為自湯姆遜發現電子后，湯姆遜提出了一種原子模型，即“西瓜模型”或“棗糕模型”。在這個模型中，電子就像西瓜籽一樣鑲嵌在原子內部，而原子整體不帶電。α粒子的速度每秒可達200萬米，如此高的速度肯定能穿透任何物質。所以最初，盧瑟福觀察到α粒子確實能穿過金箔，打在背后的接收屏上。然而有一天，盧瑟福突發奇想，把接收屏拿到前面，看看是否能接收到散射的α粒子。結果發現真的有α粒子被反彈回來。

用盧瑟福自己的話來說，這就像是用15英寸的炮彈打在一張紙上，然后它反彈了回來，簡直不可思議。冷靜思考后，盧瑟福意識到α粒子的反彈說明原子內部存在堅硬的物質。是什么呢？顯然，就是原子核。接著，他們迅速根據實驗數據計算了α粒子的散射截面，結果表明原子內部大部分是空的，中間存在一個硬核，但當時還不確定電子的位置，可能在核內，也可能繞核運動。1911年，盧瑟福向世人公布了他的行星原子模型。不過，這個模型并沒有引起廣泛關注，大家更傾向于相信湯姆遜的棗糕模型。同年召開的第一屆索爾維會議上，物理學家們還在用棗糕模型討論原子結構。

后來，盧瑟福通過實驗發現，不管用α粒子轟擊什么原子，如鈉、金，甚至非金屬原子磷，都有一種帶正電的粒子能被轟擊出來，它的質量與氫原子相同。這難道是帶正電的氫原子嗎？這次盧瑟福明白了，看來所有原子核內都有這種東西。于是，盧瑟福給這種帶正電的氫原子起了個名字——質子。1920年，盧瑟福再次向世人公布了自己的成果。人們這才知道，原子大部分是空的，中間有一個原子核，原子核外圍圍繞著帶負電的電子，內部由帶正電的質子組成。盧瑟福還預測原子核內存在一種中性粒子，這實際上就是中子的前身。至此，人類又發現了一種新的粒子。23年前，湯姆遜發現了電子；23年后，他的學生盧瑟福再次刷新了人類的認知，發現了質子。

作者：媽咪說 科普創作者

審核：羅會仟 中國科學院物理研究所副研究員

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