10 thí nghiệm "đẹp nhất" trong lịch sử (phần cuối) 

Mô hình nguyên tử của Rutherford: Các điện tử (xanh), quay quanh một hạt nhân gồm proton (đỏ) và neutron (vàng).

Trước khi Ernest Rutherford thực hiện thí nghiệm về sự bức xạ của các hạt alpha năm 1911, người ta vẫn nhầm tưởng rằng nguyên tử có cấu trúc "mềm": gồm các hạt tích điện dương đan xen với các electron, tạo thành một hỗn hợp "plum pudding" (mứt mận).

Rutherford là người phát hiện ra hạt alpha (đây là một trong 3 loại hạt phóng xạ cơ bản: alpha, beta và proton. Trong đó, hạt alpha là hạt nhân của hellium, gồm hai proton và 2 neutron). Năm 1911, ông đã làm một thí nghiệm nổi tiếng: bắn các hạt alpha vào một lá vàng mỏng. Ông ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng, có một phần rất nhỏ các hạt alpha đã phản hồi lại.

Rõ ràng, nếu cấu trúc nguyên tử có dạng mềm như plum pudding thì đã không thể có sự phản hồi này, mà các hạt alpha sẽ bị dính hết vào các nguyên tử vàng, tương tự như khi người ta ném một cục bột mềm vào một chậu bánh mứt. Điều đó cho thấy, trong cấu trúc nguyên tử, ngoài các electron, phải có một hạt nhân rất cứng.

Sau những tính toán và phân tích phức tạp, Rutherford chỉ ra rằng, nguyên tử gồm có một hạt nhân nặng ở giữa (tích điện dương) và các điện tử quay trên những quỹ đạo khác nhau, tương tự như các hành tinh quay quanh hệ mặt trời. Ở giữa là những khoảng không. Đến nay, mô hình nguyên tử của Rutherford vẫn còn nguyên giá trị.

Thí nghiệm trên được xếp thứ 9 trong danh sách 10 thí nghiệm đẹp nhất.

Thí nghiệm về hiện tượng giao thoa của hai chùm electron

Cả Newton và Young đều đã không hiểu được rốt ráo về tính chất của ánh sáng. Người thì cho rằng nó có bản chất là hạt, trong khi người khác lại cho rằng nó có bản chất là sóng. Cuộc tranh luận kéo dài mãi đến những năm đầu của thế kỷ 20. Cuối cùng, thuyết lượng tử của Planck mới kết hợp được hai quan điểm trên của Newton và Yuong. Thuyết của Planck cho rằng, photon và các hạt hạ nguyên tử khác, như electron hoặc proton, đều có 2 tính chất: hạt và sóng.

Để chứng minh lý thuyết trên bằng thực nghiệm, các nhà vật lý đã kế tục ý tưởng của Young trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng. Họ đã dùng một tấm chắn siêu mỏng để chia đôi một chùm electron. Sau đó, khi quan sát hai chùm hạt này, họ thấy chúng cũng tạo ra các điểm giao thoa, tương tự như các điểm sáng - tối trong thí nghiệm về giao thoa ánh sáng của Young.

Đến nay, người ta vẫn không biết chắc thí nghiệm trên được thực hiện lần đầu tiên ở đâu, và ai là tác giả. Theo ông Peter Rodger, biên tập viên khoa học của tạp chí Physics Today, thì lần đầu tiên ông đọc được một bài viết về thí nghiệm này là năm 1961, và tác giả là nhà vật lý Claus Joensson ở Đại học Tueblingen (Tây Đức). Tuy nhiên, có lẽ thí nghiệm trên đã được thực hiện trước đó, có điều, đây là thời kỳ mà người ta tập trung nhiều vào các chương trình khoa học lớn (vũ trụ, thiên văn), và đã không có ai để ý đến nó. Mãi đến khi người ta lật lại lịch sử các thí nghiệm khoa học và cảm nhận được "vẻ đẹp" của các chùm electron, thì họ không biết được ai là người đầu tiên chứng minh được tính sóng của chúng nữa.

Thí nghiệm trên được xếp ở vị trí đầu tiên trong danh sách 10 thí nghiệm đẹp nhất.

Minh Hy (theo New York Times)

Phần I
Phần II
Phần III