為了考察原子的內部結構，需要找到壹種可以射進原子的探針粒子，這種粒子就是天然放射性物質發出的α粒子。盧瑟福和他的助手用α粒子轟擊金箔進行實驗。圖14-1是這個實驗裝置的原理圖。
將少量放射性元素釙(Po)放在鉛盒中，它發出的α射線從鉛盒的小孔中射出，形成壹束極細的射線，打在金箔上。當α粒子穿過金箔時，它們撞擊熒光屏產生亮點，可以用顯微鏡觀察到。為了避免α粒子對實驗結果的影響，整個裝置被放置在真空容器中，帶有熒光屏的顯微鏡可以繞著金箔做壹圈運動。
實驗結果表明，絕大多數α粒子通過金箔後仍按原來的方向運動，但少數α粒子發生了較大的偏轉，少數α粒子偏轉超過90°，有的甚至幾乎達到180°又反彈回來，這就是α粒子的散射現象。
很少數量的α粒子以大角度偏轉是出乎意料的。根據湯姆遜模型的計算，α粒子穿過金箔後偏離原來方向的角度很小，因為電子的質量不到α粒子的1/7400，α粒子碰到它時運動方向不會發生明顯變化，就像壹顆飛來的子彈碰到壹顆塵埃壹樣。正電荷均勻分布。當α粒子穿過原子時，原子兩側正電荷的斥力大部分相互抵消，所以α粒子的偏轉力不會很大[圖14-2(a)]。然而實際上，極少數的α粒子是以大角度偏轉的。盧瑟福後來回憶說:“這是我壹生中從未有過的最不可思議的事情。這就好比妳向壹張紙發射了壹顆炮彈，結果反彈回來打中了自己……”盧瑟福分析了實驗結果，認為只有當原子的幾乎所有質量和正電荷都集中在原子中心的壹小塊區域時，才有可能出現α粒子的大角度散射。因此，盧瑟福在1911中提出了原子的核結構模型，認為原子的中心有壹個非常小的原子核，稱為原子核。原子的全部正電荷和幾乎全部質量都集中在原子核內，帶負電荷的電子在原子核外層空間圍繞原子核旋轉。
根據這個模型，電子通過原子時對α粒子的運動影響很小，帶正電荷的原子核主要影響α粒子的運動。而絕大多數α粒子通過原子時，都遠離原子核，庫侖斥力很小，運動方向幾乎不變，如圖14-2(b)，1，3，4，6，7，9。只有少數α粒子可能離原子核很近，受到很大的庫侖排斥，然後會大角度偏轉，如圖65433所示。
根據α粒子散射實驗可以估算出原子核的直徑約為10-15 m ~ 14 m，原子的直徑約為10-10 m，所以原子核的直徑約為原子直徑的萬分之壹，原子核的體積僅相當於原子體積的萬億分之壹。所以妳也會撞上它