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1909年，英国物理学家欧内斯特·卢瑟福和他的学生盖革、马斯登进行了一个划时代的实验。这个实验被称为α粒子散射实验，它的目的是通过观察α粒子穿过金箔后的散射情况来探测原子内部的结构。这个实验的结果彻底改变了人们对原子结构的认识。
实验装置相对简单但设计巧妙。放射源发射高速的α粒子，这些α粒子实际上是氦原子核，带正电，质量是电子的7300倍。铅盒和狭缝将α粒子束聚焦成细束。金箔是实验的关键，它极其薄，厚度仅约0.0004毫米，相当于几百个原子层。荧光屏用来观察α粒子散射后的位置，当α粒子击中荧光屏时会产生微弱的闪光。
实验结果令所有人震惊。绝大多数α粒子几乎没有发生偏转，径直穿过了金箔，这占了99%以上。少数α粒子发生了小角度偏转。最令人意外的是，极少数α粒子，大约八千分之一，发生了大角度偏转，甚至被完全弹回。卢瑟福后来说，这就像用大炮轰击纸张，炮弹却被弹了回来一样不可思议。
基于实验结果，卢瑟福提出了革命性的原子核式结构模型。在这个模型中，原子的大部分体积是空的，这解释了为什么绝大多数α粒子能够径直穿过金箔。原子的中心有一个非常小但质量高度集中的原子核，原子核带正电。当带正电的α粒子接近原子核时，会受到库仑斥力而发生偏转。原子核的体积极小，直径大约是原子直径的万分之一，但却集中了原子的几乎全部质量。
卢瑟福的α粒子散射实验是物理学史上最重要的实验之一。它不仅推翻了当时流行的汤姆孙原子模型，更重要的是建立了原子的核式结构模型，为现代原子理论和量子力学的发展奠定了坚实基础。这个实验证明了原子核的存在，揭示了原子的空旷结构，开启了核物理学的新时代。卢瑟福因此被誉为核物理学之父。