A descoberta do núcleo e os atuais ramos de estudo

No início do século XX a única notícia, na área da Física, que se sabia era que na estrutura do átomo existiam elétrons.
Apesar de ter sido descoberto por Thomson em 1897, a massa do átomo ainda era algo desconhecido, tornando impossível dizer quantos elétrons um átomo continha.

Os físicos já sabiam que os átomos eram eletricamente neutros e por isso tinham que conter cargas positivas, mas estas eram ainda desconhecidas.

Em 1911 Rutherford sugeriu, através de bases de resultados experimentais de sua equipe, que essa carga estivesse presente no centro do átomo, formando um núcleo, responsável pela maior parte da massa do átomo.
Naquela época Rutherford já sabia que certos elementos considerados radioativos se transformam espontaneamente em outros elementos, emitindo partículas alfa (α), com energia aproximada de 5,5 MeV. Sabe-se hoje que essas são partículas do átomo de hélio.

A ideia era fazer com que as partículas alfa incidissem em uma folha fina de metal a fim de medir o desvio da trajetória das partículas ao passarem pelo material. O resultado obtido foi o espalhamento extremamente elevado, próximo da temperatura de 180°, o que foi uma grande surpresa, visto que o ângulo de espalhamento é pequeno para a maioria das partículas.

A surpresa de Rutherford foi tamanha, pois na época em que o experimento foi realizado a maioria dos físicos acreditava no modelo conhecido como “pudim de passas”, proposto por Thomson, onde a carga positiva do átomo estava uniformemente distribuída em todo o átomo, e os elétrons vibravam em torno de posições fixas no interior dessa esfera de carga positiva.

A força experimentada por uma partícula alfa ao passar por uma esfera de carga positiva do tamanho de um átomo produziria uma deflexão menor que 1°. Para sofrer uma deflexão maior que 90°, Rutherford raciocinou que a partícula alfa teria que ser submetida a uma força considerável, sendo possível sua explicação se a carga positiva, ao invés de se espalhar por todo o átomo, se concentrasse numa região central pequena, podendo esta partícula alfa se aproximar da carga positiva sem atravessá-la, o que tornaria essa aproximação uma força considerável.

Os atuais ramos de estudo da Física Nuclear são basicamente o núcleo atômico e suas propriedades, pois esses núcleos possuem propriedades que podem ser classificadas como estáticas e dinâmicas, sendo que são analisadas através de modelos nucleares baseados na mecânica quântica, relatividade e teoria quântica de campos. A descoberta de que os núcleos (prótons e nêutrons) são, na realidade, sistemas compostos, redirecionou o interesse dos físicos nucleares para a investigação dos graus de liberdade de quarks e, com isto, atualmente os domínios de pesquisa da Física Nuclear e da Física das Partículas Elementares se tornaram interligados.