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{| class="wikitable" style="float:right; margin: -10px 0px 10px 20px; text-align:left"
|<center>'''拉塞福散射'''<br><img src="https://slidesplayer.com/slide/11229199/60/images/52/%E5%9C%9626.15+%E6%8B%89%E5%A1%9E%E7%A6%8F%E7%9A%84%E6%95%A3%E5%B0%84%E5%AF%A6%E9%A9%97.jpg" width="250"></center><small>[https://slidesplayer.com/slide/11229199/ 圖片來自slidesplayer]</small> 
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在[[原子物理學]]裏，'''拉塞福散射'''（'''Rutherford scattering'''）指的是[[帶電粒子]]因為[[庫侖定律|庫侖相對作用]]而進行的一種彈性散射|elastic scattering。這種[[散射]]實驗是由[[歐尼斯特·拉塞福]]領隊設計與研究，成功地於 1909 年證實在[[原子]]的中心有個[[原子核]]，也導致[[拉塞福模型]]的創立，及後來[[波耳模型]]<ref>[https://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?Unit=columns&id=4215 波耳模型]，科學人雜誌，2018-12</ref> 的提出。應用拉塞福散射的技術與理論，[[拉塞福背散射]]（Rutherford backscattering）是一種專門分析材料的技術。拉塞福散射有時也被稱為'''庫侖散射'''，因為它涉及的[[位勢]]乃[[庫侖位勢]]。[[深度非弹性散射]]（deep inelastic scattering）也是一種類似的散射，在 60 年代，常用來探測原子核的內部。

==微分截面==
拉塞福計算出來的[[微分截面]]是
:frac{d \sigma}{d \Omega} = \left(\frac{qQ}{16\pi\epsilon_0 E \sin^2 (\theta / 2)} \right)^2\,\!

其中，sigma\,\! 是[[截面 (物理)|截面]]，Omega\,\! 是[[立體角]]，q\,\! 是阿爾法粒子的[[電荷量]]，Q\,\! 是散射體的[[電荷量]]，epsilon_0\,\! 是[[真空電容率]]，E\,\! 是[[能量]]，theta\,\! 是散射角度。

==原子核最大尺寸==
假設阿爾法粒子正面碰撞於原子核。阿爾法粒子所有的動能（mv_0^2/2\,\!），在碰撞點，都被轉換為[[位能]]。在那一剎那，阿爾法粒子暫時是停止的。從阿爾法粒子到原子核中心的距離 b\,\! 是原子核最大尺寸。應用[[庫侖定律]]，
:frac{1}{2} mv_0^2 =\frac{qQ}{4\pi \epsilon_0 b}\,\!

其中，m\,\! 是[[質量]]，v_0\,\! 是初始速度。

重新編排，
:b =\frac{2 qQ}{4\pi \epsilon_0 mv_0^2}\,\!

阿爾法粒子的質量是 m=6.7\times 10^{ - 27}\ kg\,\! ，電荷量是 q=2\times(1.6\times 10^{ - 19})\ C\,\! ，初始速度是 v_0=2\times 10^{7}\ m/s\,\! ，金的電荷量是 Q=79\times(1.6\times 10^{ - 19})\ C\,\! 。將這些數值代入方程式，可以得到[[撞擊參數]] b=2.7\times 10^{ - 14}\ m\,\! （真實半徑是7.3\times 10^{ - 15}\ m\,\! ）。這些實驗無法得到真實半徑，因為阿爾法粒子沒有足夠的能量撞入 27\ fm\,\! 半徑內。拉塞福知道這問題。他也知道，假若阿爾法粒子眞能撞至 7.3\ fm\,\! 半徑，直接地擊中金原子核，那麼，在高撞擊角度（最小撞擊參數 b\,\! ），由於位勢不再是庫侖位勢，實驗得到的散射曲線的樣子會從[[雙曲線]]改變為別種曲線。拉塞福沒有觀察到別種曲線，顯示出金原子核並沒有被擊中。所以，拉塞福只能確定金原子核的半徑小於 27\ fm\,\! 。

1919 年，在拉塞福實驗室進行的另一個非常類似的實驗，物理學家發射阿爾法粒子於[[氫]]原子核，觀察到散射曲線顯著地偏離[[雙曲線]]，意示位勢不再是庫侖位勢。從實驗數據，物理學家得到[[撞擊參數]]或最近離距（closest approach）大約為 3.5 \ fm\,\!

==歷史==
[[α粒子]]散射的實驗完成于1909年。在那時代，原子被認為類比於梅子布丁（物理學家[[約瑟夫·湯姆森]]提出的），負[[電荷]]（梅子）分散於正電荷的圓球（布丁）。假若這[[梅子布丁模型]]是正確的，由於正電荷完全散開，而不是集中於一個原子核，庫侖位勢的變化不會很大，通過這位勢的阿爾法粒子，其移動方向應該只會有小角度偏差。

在拉塞福的指導下，[[漢斯·蓋革]]和[[欧内斯特·马斯登]]發射[[α粒子]]射束來轟擊只有幾個原子厚度的薄白金箔紙。name=platinum這個計算粒子大角度散射數量的特別實驗使用的是白金箔紙。然而，他們得到的實驗結果非常詭異，大約每8000個阿爾法粒子，就有一個粒子的移動方向會有很大角度的偏差（甚至超過 90°）；而其它粒子都直直地通過白金箔紙，偏差幾乎在2°到3°以內，甚至幾乎沒有偏差。從這結果，拉塞福斷定，大多數的質量和正電荷，都集中於一個很小的區域（這個區域後來被稱作“原子核”）；電子則包圍在區域的外面。當一個（正價）α粒子移動到非常接近原子核，它會被很強烈的排斥，以大角度反彈。原子核的小尺寸解釋了為什麼只有極少數的α粒子被這樣排斥。

拉塞福對這奇異的結果感到非常驚異。他後來常說：「這是我一生中最難以置信的事件…如同你用15吋巨砲朝著一張衛生紙射擊，而炮彈卻被反彈回來而打到你自己一般地難以置信。」

拉塞福計算出原子核的尺寸應該小於 10^{ - 14} m\,\! 。至於其具體的數值，拉塞福無法從這實驗決定出來。關於這一部份，請參閱後面的“原子核最大尺寸”一節。

==應用==
現今，應用這些年累積的散射原理與技術，[[拉塞福背散射譜學]]能夠偵側半導體內的重金屬雜質。實際上，這技術也是第一個在月球使用的實地分析技術。在[[勘察者任務]]（surveyor mission）降落於月球表面後，拉塞福背散射譜學實驗被用來收集地質資料。
== 參考文獻 == 
{{reflist}}
[[Category:340 化學總論]]