Au cours de ses neuf années à Montréal, Rutherford a collaboré avec le jeune Frederick Soddy (lauréat du prix Nobel de chimie en 1921) sur des recherches révolutionnaires sur la transmutation des éléments. Sa «théorie de désintégration» de la radioactivité a identifié des phénomènes radioactifs comme des processus atomiques, et non moléculaires, en raison de la désintégration spontanée des atomes. Il a également remarqué qu`un échantillon de matières radioactives prenait invariablement la même quantité de temps pour la moitié de l`échantillon à la décomposition (connue sous le nom de «demi-vie») et suggérait une application pratique utilisant ce taux constant de désintégration radioactive comme une horloge, qui pourrait alors être utilisée pour aider à déterminer l`âge de la terre (qui s`est avéré être beaucoup plus âgé que la plupart des scientifiques à l`époque croyait). C`est pour ce travail qu`il a été le prix Nobel de chimie en 1908. Otto Hahn (qui a découvert plus tard la fission nucléaire) a travaillé sous Rutherford au laboratoire de Montréal en 1905-1906. Le modèle atomique de Rutherford a été connu sous le nom de modèle nucléaire. Dans l`atome nucléaire, les protons et les neutrons, qui comprennent presque toute la masse de l`atome, sont situés dans le noyau au centre de l`atome. Les électrons sont répartis autour du noyau et occupent la majeure partie du volume de l`atome. Il est intéressant de souligner à quel point le noyau est faible comparé au reste de l`atome. Si nous pouvions faire exploser un atome pour être la taille d`un grand stade de football professionnel, le noyau serait de la taille d`un marbre. Le modèle de Rutherford a différé à l`idée de beaucoup d`électrons dans les anneaux, par Nagaoka. Cependant, une fois que Niels Bohr a modifié cette vue en une image de quelques électrons de type planète pour les atomes légers, le modèle Rutherford-Bohr a attiré l`imagination du public. Il a depuis été continuellement utilisé comme un symbole pour les atomes et même pour l`énergie «atomique» (même si cela est plus correctement considéré comme l`énergie nucléaire).

Les exemples de son utilisation au cours du siècle passé incluent, mais ne sont pas limités à: la plupart des particules alpha ont été observées pour passer directement à travers la feuille d`or, ce qui impliquait que les atomes sont composés de grandes quantités d`espace ouvert. Certaines particules alpha ont été légèrement déviées, suggérant des interactions avec d`autres particules chargées positivement dans l`atome. Encore d`autres particules alpha ont été dispersées à grands angles, tandis qu`un très peu même rebondi vers la source. (Rutherford célèbre dit plus tard, «c`était presque aussi incroyable que si vous avez tiré une coquille de 15 pouces à un morceau de papier de soie et il est revenu et vous frapper.) Seule une particule cible chargée positivement et relativement lourde, telle que le noyau proposé, pourrait expliquer cette forte répulsion. Les électrons négatifs qui équilibraient électriquement la charge nucléaire positive étaient considérés comme voyageant dans des orbites circulaires sur le noyau. La force électrostatique d`attraction entre les électrons et le noyau a été comparée à la force gravitationnelle d`attraction entre les planètes tournantes et le soleil. La plupart de cet atome planétaire était un espace ouvert et n`offrait aucune résistance au passage des particules alpha.

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