原子核の周囲を電子がぐるぐるまわるモデルは正確ではない

電子は本当に原子核のまわりをぐるぐる回っているのか？

オリビア・ゴードン氏：みなさんはこの番組（「SciShow」）の冒頭部分をちゃんと見たことがありますか？　細かい部分までじっくりと見たことはあるでしょうか？　それならば原子の図解と核の周りを旋回する小さな電子に気づきましたよね。

でもお伝えしなくてはなりません。原子は本当はあんな形ではないのです。

何年間もかけて、科学者たちは原子モデルの働きについて、私たちの知識に基づいたそれぞれ違う原子の形にたどり着いてきました。この番組の冒頭で出てくる原子の形は、そのうちの1つにすぎません。その背景には多くの歴史があるのです。しかし、もっとも確実な原子の形はもう少し複雑です。なぜなら原子自体が複雑だからです。

20世紀の始めまでに、科学者たちは原子はマイナス電子を帯びた電子と、ある種のプラス電子で成り立っていると知っていました。難しいのは、その電子がどうくっつきあっているのかを解明することでした。

現在もある理論としては、電子はプラスの球体に組み込まれているということでした。

これは伝統的なクリスマスプリンに似ていたことから、プラムプディングモデルと呼ばれていました。しかし、1911年にアーネスト・ラザフォードという科学者とマンチェスター大学の彼のチームがあの有名な金箔実験を行った時に、すべてがひっくり返りました。

ラザフォードと彼の同僚は、薄い金箔にプラスの電子を帯びたアルファ粒子を照射しました。プラムプディングモデルによれば、アルファ粒子は金箔を通り抜けるはずです。なぜならば、原子は散在する電荷を帯びたほとんど空っぽな空間だとされていたからです。そして、原子はほとんど空っぽな空間です。そのため、ほとんどのアルファ粒子は金箔を通り抜けたのです。

しかし、ラザフォードが起こした驚きの結果によれば、アルファ粒子のいくつかははじかれたのです。偶然にね。

彼は原子のプラス電流は薄い中央の核の部分に集中し、その核の部分はプラスの電子を跳ね返すアルファ粒子を屈折させたのだと結論付けました。彼はまた、電子は惑星が太陽の周りを廻るように、核の周りを旋回しているのだろうと予想しました。このため、彼の理論は時々惑星モデルと呼ばれるのです。

ラザフォードは、「陽子は電子をまとい中央に存在する」ということに関しては当たっていました。そしてみなさんは、このモデルが原子の基礎を説明するために、現在でも使われているのを目にするでしょう。それがこの番組の冒頭に出てくるものです。

しかし、惑星モデルには大きな問題がありました。旋回する電子は放射能の形成の過程でエネルギーを失うだろうと予想されていました。そして電子が内側で旋回することとなり、最終的には核に衝突すると考えられていたのです。これはすべての原子は最後には崩壊するということを暗示しています。しかし、静的な原子は存在するということはわかっています。何かが欠けていたのです。