Back Scattering Rutherford

Lo scattering Rutherford è un fenomeno osservato nel 1909 da Ernest Rutherford e successivamente da lui interpretato allorquando inviò un fascio di particelle alfa (nuclei di elio) contro una lamina sottile d’oro (dello spessore di circa 0,0004 mm, corrispondente a circa 200 atomi).

Attorno alla lamina d’oro era stato posizionato uno schermo di solfuro di zinco che avrebbe indicato grazie ad un piccolo lampo di luce lasciato su di esso la traiettoria che aveva seguito la particella alfa dopo essere stata deviata. L’idea era quella di determinare la struttura dell’atomo e capire se essa fosse quella supposta da Thomson (atomo senza nucleo, noto anche come atomo a panettone) o se c’era qualcosa di diverso.

In particolare, se l’atomo avesse avuto un nucleo al suo interno separato dagli elettroni esterni, allora si sarebbero dovuti osservare anche eventi, ovvero particelle, a grande angolo di deviazione. Ottenuti, effettivamente, questi risultati, il fisico neozelandese concluse allora che l’atomo era costituito da un nucleo piccolo, ma con alta densità di carica, circondato da una nuvola elettronica.

Questo particolare urto è noto anche come scattering coulombiano o di Coulomb, poiché l’interazione in gioco nell’urto è la forza di Coulomb.

Nella immagine sotto è riportato lo schema di principio del famoso esperimento di Rutherford – Geiger – Marsden sulla scattering delle particella alfa da parte di una sottile lamina d’oro.

Esperimento

Con lo spettrometro alfa DIY abbiamo provato a replicare, in maniera qualitativa, il famoso esperimento di Rutherford sullo scattering delle particella alfa. In particolare abbiamo cercato di effettuare la rilevazione del back scattering, cioè di quelle particelle alfa che vengono diffuse ad angoli maggiori di 90°, in pratica rimbalzano all’indietro.
Nella immagine sotto viene presentato il setup dell’esperimento : la sorgente alfa di americio, collimata attraverso uno schermo in legno, è posta nella parte superiore della vacuum chamber e viene diretta verso il target, nel nostro caso una lastrina di piombo, il target è posto direttamente al di sotto del detector.

Nella figura sotto si vede lo schema di principio del setup sperimentale.

Risultati

Lo spettrometro alfa è stato fatto funzionare per circa un’ora, ed è stato ottenuto il grafico seguente :

Nel range di energia dai 2000 KeV ai 5500 KeV si notano circa 30 impulsi che si possono attribuire con ragionevole sicurezza ad altrettanti eventi di back scattering da parte del target di piombo, la variazione di energia dipende dalla profondità all’interno del target alla quale è avvenuto lo scattering della particella alfa. Vi è poi un massimo di eventi attorno alla energia di 500 KeV, la cui interpretazione deve essere ancora approfondita.

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