年1月3日，英国物理学家卢瑟福用α粒子轰击氮原子，最终得到了氧原子和氢原子。这是人类首次实现了元素的人工转变，也是人类首次实现的人工核反应。
撰文
JohnCampbell
翻译
王艺霖、周顺
来源：现代物理知识杂志
年，英国著名物理学家欧内斯特·卢瑟福（ErnestRutherford）发现了质子。在质子发现周年之际，CERNCOURIER杂志在年5月刊登了来自新西兰坎特伯雷大学的约翰·坎贝尔（JohnCampbell）教授的特辑文章①，详细地讲述了卢瑟福发现质子的来龙去脉。我们将其编译成文，以飨读者，同时以此表达对这位被誉为“原子核物理学之父”的科学巨擘的崇高敬意。
早年的欧内斯特·卢瑟福正是那个在正确的时间、正确的地点出现的正确的人。在获得新西兰大学的三个学位②和两年在前沿电子技术方面进行原始研究的经验之后,他于年荣获“年博览会”科学奖学金③，而这个奖学金使得他成功地进入英国剑桥大学的卡文迪什实验室。就在他到达后不久，X射线和天然放射性被发现，而且约瑟夫·约翰·汤姆孙（JosephJohnThomson）还发现了电子。卢瑟福立即相信存在比原子还小的微观客体。他毕生的工作转向对放射性的理解，并且命名了α射线和β射线。
年，卢瑟福在加拿大麦吉尔大学担任物理学教授，并在那里取得众多开创性的成果。这些重大的成就包括发现放射性化学元素氡，证明放射性只是某些元素的自然嬗变，展示α粒子在电磁场中运动轨迹的偏转（因此它很可能是失去两个电子的氦原子），鉴定矿物的年代并确定地球的年龄。
年，麦吉尔物理学会召开了一次名为“亚原子物体的存在性”的学术会议，其主要目的是挑战化学家们对存在亚原子物体的质疑。卢瑟福参加了会议并作报告，但遭到了当时碰巧在麦吉尔的牛津大学年轻化学家弗雷德里克·索迪（FredrickSoddy）的反对。索迪用题为《原子不可分割性的化学证据》的演讲抨击了当时的物理学家，尤其是汤姆孙和卢瑟福，因为他们“……以不吝表达其对整个化学和原子理论的看法而闻名，特别是后者已遭到强烈的抗议”。卢瑟福邀请专门从事气体分析的索迪加入他的行列。这是一次短暂而富有成果的合作，他们两人很快就确定了重元素自然嬗变的最初几个关键步骤。曼彻斯特的日子
多年以来，卢瑟福一直希望能够到欧洲工作，因为那里是当时科学研究的中心。年，他迁往英国的曼彻斯特大学。在这里，他开始跟进之前在麦吉尔大学开展的实验，其间他注意到一束α粒子穿过空气或薄薄的云母片之后就会变得模糊不清。它们因散射而以大约两度的角度散开，表明原子中存在每厘米兆伏的电场，这促使他发表声明：“物质中的原子一定是极强电场的根源”。
在曼彻斯特大学，他遇到一名得力的助手——汉斯·盖革（HansGeiger）。盖革很快就进入了工作状态，他能够精确地测量被金箔散射而发生小角度偏转的α粒子的数量。当时，盖革为高年级本科生提供放射性技术方面的培训，并于年告诉卢瑟福，欧内斯特·马斯登（ErnestMarsden）已经准备好从事相关课题的研究。虽然每个人都确信β粒子可以被金属块散射，但没人知道α粒子穿过金属块会怎么样。因此，卢瑟福让马斯登研究一下这个问题。马斯登立即就发现α粒子确实可以被散射，即使用盖革的金箔来代替金属块，情况也是一样。这个结果完全出乎意料。正如卢瑟福后来宣称的那样，这就像你对着一张薄纸片发射一枚15英寸的海军炮弹，而炮弹竟然被反弹回来并且击中你自己一样。
几年后的一天，卢瑟福激动地告诉盖革，他终于知道原子长什么样子：它具有一种核心结构，即原子的大部分质量和所有的同种电荷都集中在一个只有原子尺寸的千分之一大小的原子核上。在卢瑟福去世80年后的今天，这仍然被公认为是他最著名的工作。
年前后，卢瑟福要求马斯登用α粒子和轻原子，特别是氢原子，来“玩弹珠游戏”。经典计算表明，当α粒子与氢原子迎头相撞，氢原子的反冲速度和运动距离分别是击中它的α粒子的1.6倍和4倍。在闪烁屏上，质量较小和电荷较少的氢原子的反冲将导致较弱的闪光，但是它的运动距离会比α粒子的长得多。马斯登的确观察到了这种运动距离更长的粒子，并称之为“H”粒子，它们是在氢气和富含氢的材料薄膜(如石蜡)中产生的。他还注意到，这种长射程的H粒子有时会由α粒子在空气中运动时产生，但他并不清楚具体来自何处：可能的来源包括气体中的水蒸气、仪器表面吸收的水，甚至可能是α粒子源释放出来的。
年中期，卢瑟福和马斯登的合作接近尾声。在去新西兰履职之前，马斯登将他的工作全部记录下来。与此同时，卢瑟福已经到加拿大和美国进行系列演讲，返回曼彻斯特仅仅一个月后，他又前往澳大利亚参加英国科学促进会的年会。在他抵达澳大利亚的前三天，欧洲宣战了。
《波士顿环球报》报道质子发现（左）和年新西兰纪念邮票丨来源：cerncourier.
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