α粒子轰击金箔实验
1988年10月16日凌晨5点56分，北京正负电子对撞机首次对撞成功，亮度达到了每平方厘米每秒1028。这是我国第一座高能加速器，是原子弹、氢弹爆炸成功，人造卫星上天之后的又一项伟大成就。
原子有核吗？
加速器曾被形象地誉为“原子击碎机”，是物理学家了解微观物质的组成和运动规律的工具，它伴随着核物理产生，到现在已经为人类服务了近百年。
19世纪末，俄国科学家门捷列夫归纳了化学元素周期表，这在科学史上是一个重大发展。但是，物质元素之间为什么能够呈周期性变化，当时的化学家并不能解释。直到1911年，英国物理学家卢瑟福做了一个“金箔实验”：他用放射性同位素产生的α粒子轰击微小的金箔，发现绝大多数的α粒子都照直穿过薄金箔，只有少数α粒子发生角度比预想大得多的偏转，于是他推断原子有核，α粒子因为打中了原子核才发生偏转。尽管原子核尺度很小（10-15米，原子尺度约为10-10米）却集中了整个原子的质量，在原子核之外，还有若干轨道分布着电子。而不同元素之间性质之所以不同，是由于构成原子的质子、中子和电子的数目存在差异，以及核外电子的分布不同所致。
为什么需要加速器？
卢瑟福的发现开启了核物理时代，科学家开始广泛使用钋和镭产生的放射性同位素作为粒子源，并通过这种方法发现了质子。随着研究的深入，很快天然的放射性元素就不能满足核物理实验的需要了。它们能够轰击的元素种类有限，加之能量很小，核反应的事例率（反映碰撞反应发生数量的概念）也极低。想要将研究深入扩大，就需要能量更高和束流更强的粒子束。这对使用人工方法产生高能粒子束提出了迫切要求。而人类每发现一种新粒子都意味着物理学面貌的焕然一新。在这种背景下，1932年，柯克罗夫特（J.D.Cock-roft）和沃尔顿（E.T.S.Walton）建成了世界上第一台直流加速器。
什么是正负电子对撞机？
1932年，罗夫特和沃尔顿的直流加速器，是历史上第一次用人工加速粒子实现的核反应，因此获得了1951年的诺贝尔物理奖。截止到20世纪中期，科学家已发现了电子、质子、中子、光子和各种介子等，这些是当时的“基本粒子”，即人类所能探测的最小粒子。随着人类对微观世界的认知，利用普通加速器进行高能物理实验暴露出新的问题。经加速的粒子轰击一个静止的靶子中的核子，其质心能量（加速粒子在轰击或对撞时，产生的能量总和。）只能以加速能量平方根的倍数递增。这种增长会随着能量的增加变得越来越缓慢。但如果把静止靶换成加速的粒子，让两束粒子高速对撞则能提供大得多的能量。
1960年，陶歇克（B.Touschek）在一个学术报告会中首先提出“正负电子对撞机”的概念，在他的领导下，意大利夫拉斯卡第建成一个直径大约1米、名为AdA的对撞机，成功地进行了验证原理的实验。许多理论物理学家开始对对撞机寄予厚望，希望通过它最大限度地将加速的粒子能量用于高能反应或获得新粒子。
中国自己的对撞机
要开展高能物理研究，中国也要有自己的对撞机。
1981年，经几度筹划、酝酿的北京正负电子对撞机（BEPC）在李政道等人的极力支持下立项，并将能区确定在最适合研究粲粒子（20世纪七十年代科学家在粒子加速器上发现的新粒子）的2.2～2.8GeV。这在当时还并不富裕的中国，是一个非常了不起的决定！
建成的BEPC，坐落在位于北京石景山的高能物理所。形似一个网球拍，球把是一个200米长的直线加速器，球拍是一个周长约240米的储存环，由电子枪产生的电子束在加速管中不断加速，当电子束被加速到240MeV时，轰击一个钨转换靶，产生正负电子对，将正电子收集起来加速。然后，把靶提起来，将负电子束流加速到与正电子相同的能量。接着，正负电子通过30米长的公用输运段，然后被一块分选磁铁甄别，各奔一方，分别注入储存环中沿相反方向作迥旋运动加速，以便接近光速，当正负电子分别被加速到需要的能量（最高2.8GeV），调整对撞点两侧的磁铁强度，使正负电子的轨道在探测器中心迎头对撞，这时安放在对撞点附近的北京谱仪开始工作，获取对撞产生的信息，存入计算机以备分析。
终于，在1988年，BEPC完工并成功实现对撞，成为世界上能区2.2～2.8 GeV范围内亮度最高的对撞机。随着加速器的推陈出新，物理学对基本粒子的定义也在发生变化。目前在粒子物理学中，标准模型理论认为的基本粒子可以分为重子、轻子、规范玻色子和希格斯粒子4大类。而BEPC通过实验，曾精确测量τ轻子的质量，发现X1835新粒子，在国际高能物理界引起很大反响。
2003年底，北京正负电子对撞机开始改造升级，2009年7月北京正负电子对撞机重大改造工程（BEPCII）通过国家验收。BEPCII是一台粲物理能区国际领先的对撞机，同时还是一台高性能的兼用同步辐射装置。主要开展粲物理研究，帮助我国保持在粲物理实验研究的国际领先地位，在国际高能物理领域占据一席之地。
同时，它又可作为同步辐射光源用于凝聚态物理、材料科学、生物和医学、环境科学、地矿资源、以及微细加工技术方面等交叉学科领域的应用研究。
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作者：朱新娜 科普作者，独立图书策划人，北京优秀阅读推广人
审核：周晓亮，北京交通大学物理学实验室高级工程师
来源: 星空计划
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池爸苗27311906年,英国科学家卢瑟福做了著名的α粒子散射实验.他用一束质量比电子大很多的带正电的高速运动α粒子轰击极薄的金箔,发现穿过金箔的α粒子出现下列... -
濮先眉13518432230 ______[答案] 1、说明原子内有很大空隙 2、说明α粒子受到排斥力的作用 3、说明原子核内部有一种质量很大,体积很小,且带正电的物质 4、不能得出原子核的精细结构
池爸苗27311911年,一位科学家用一束平行的高速运动的α粒子(带2个单位正电荷的氦原子核)轰击金箔时,出现了三种实验现象:(1)有一小部分α粒子改变了原来... -
濮先眉13518432230 ______[答案] 原子核在原子中所占的体积极小,因此原子里有很大的空间,电子在这个空间里作高速运动,由此可推断: (1)有一小部分α粒子改变了原来的运动路径,原因是α粒子途经金箔原子核附近时,受到了斥力而稍微改变了运动方向; (2)大多数α粒子...
池爸苗2731 1909 - 1911年英国物理学家卢瑟福与其合作者做了用 α 粒子轰击金箔的实验.发现绝大多数 α 粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进;少数 α 粒子却发生了较大... -
濮先眉13518432230 ______[答案] 答案: 解析: 解析: 由于是估算,我们可以取极少数被弹回的α粒子为研究对象.当α粒子的速度减为0时,α粒子与金原子核间的距离最小约等于金原子核的半径.利用能量转化与守恒定律进行计算. 对于极少数被弹回的α粒子,受到很强的排斥力,...
池爸苗27311911年,卢瑟福做的α粒子试验受到轰击的原子是不是发生化学变化?(详细解释)是原子核发生变化了吗? -
濮先眉13518432230 ______[答案] 结果:大多数散射角很小,约1/8000散射大于90°; 极个别的散射角等于180°. 结论:正电荷集中在原子中心. 卢瑟福从1909年起做了著名的α粒子散射实验,实验的目的是想证实汤姆孙原子模型的正确性,实验结果却成了否定汤姆孙原子模型的有力...
池爸苗2731卢瑟福在测定原子构成时做了如下实验:用α粒子(带正电的氦核)轰击一张极薄的金箔,发现大多数α粒子通过了金箔,极少数α粒子发生偏转或被弹回.根据... -
濮先眉13518432230 ______[选项] A. 金原子是实心球体,紧密排列 B. 金原子核的质量比氦核大得多 C. 金原子核带正电 D. 金原子质量与氦核质量相当
池爸苗2731为了探究原子内部结构,科学家做了大量实验.1911年卢瑟福用一束平行高速α粒子(α粒子带正电荷)轰击金箔时(金原子的核电荷数为79,相对原子质量... -
濮先眉13518432230 ______[选项] A. 原子核体积很大 B. 原子内部有很大空间 C. 原子核与α粒子带相同电荷 D. 原子是一个实心体
池爸苗2731a粒子是带有两个单位正电荷的氦原子.1911年,科学家用一束α粒子轰击金箔时(金原子的核电荷数为79,相对原子质量为197),发现三种实验现象: (1)... -
濮先眉13518432230 ______[选项] A. 原子核体积很小 B. 原子核带正电 C. 原子内部有很大的空间 D. 原子是实心的球体.
池爸苗2731汤姆孙发现电子是原子的组成部分,并提出了原子的“葡萄干蛋糕”模型.按照这个模型推理,“α粒子轰击金箔”的实验结果应该是( )A.B.C.D. -
濮先眉13518432230 ______[答案] 提出了原子的“葡萄干蛋糕”模型:正电荷均匀分布在原子中,电子像葡萄干分布其中,当用“α粒子轰击金箔”中间的射线受力平衡,则不会偏转,而两边的射线,因受力不平衡,导致偏转较大,故B正确,ACD错误; 故选:B.
池爸苗2731 为什么卢瑟福选中α粒子作“炮弹”轰击金箔做的“靶”来做实验? -
濮先眉13518432230 ______[答案] 解析:由于放射性物质放出的α粒子是高速的氦核,它具有足够的能量,可以接近原子的中心,还可以使荧光物质发光,因此卢瑟福选用α粒子作为轰击金箔的“炮弹”.金原子核电荷Q=79e 对α粒子的库仑力大 金原子核的质量远大于α粒子 使α粒子在...
池爸苗2731卢瑟福实验:α粒子轰击金箔 -
濮先眉13518432230 ______ 1.大多数α粒子没有受到很大的外力作用,即其运行轨迹上没有遇到带电的、质量相对大的物质,是因为原子的正电荷和质量大部分集中在原子内部很小的一个点上; 2.因为这一小部分α粒子受到了较强的电荷的作用力,原因是其运动轨迹距离原子核较近,受到的斥力较大; 3.原因是正电荷与正电荷的排斥作用,这极少数α粒子的轨道经过原子核,而且原子核体积占原子很小的一部分,所以反弹的粒子数量也极少. 简单点的话,就是 1.α粒子通过原子内(或原子间)的空隙 2.α粒子经过金原子核附近受斥力的作用 3.α粒子撞击金原子核被弹回(金原子核的质量比α粒子大)