在1901中，法國物理學家讓·巴蒂斯特·皮蘭（1870-1942）提出了壹個結構模型，認為原子的中心是壹些帶正電的粒子，而外圍是壹些繞軌道運行的電子。電子運行的周期與原子發射的譜線頻率相對應，最外層的電子被拋出以發射陰極射線。葡萄幹蛋糕模型（棗糕模型）
約瑟夫·約翰·湯姆森（1856-1940）繼續他的系統研究並試圖描述原子結構。湯姆遜認為原子包含壹個均勻的陽極球體，幾個負電子在這個球體中運行。根據阿爾弗雷德·邁爾對浮動磁鐵平衡的研究，他證明了如果電子的數量不超過壹定的限制，由這些運行的電子形成的環將是穩定的。如果電子數超過這個限制，它將被列為兩個環，以此類推。這樣，電子的增加導致了結構的周期性相似性，門捷列夫周期表中物理和化學性質的重復出現也可以得到解釋。
在湯姆森提出的這個模型中，電子在球體中的分布有點像點綴在蛋糕中的葡萄幹。許多人將湯姆遜的原子模型稱為“葡萄幹蛋糕模型”。它不僅可以解釋為什麽原子是電中性的以及電子如何在原子中分布，還可以解釋陰極射線現象和金屬在紫外線照射下可以發射電子的現象。而且，根據這個模型，可以估計出原子的大小約為10-8 cm，這是壹件令人驚嘆的事情。由於湯姆遜模型可以解釋當時的許多實驗事實，因此很容易被許多物理學家接受。長岡漢太郎（1865-1950）1903 1904在東京數學物理學會口頭發表，並在1904年分別在日文、英文和德文雜誌上發表了《解釋線性和帶狀光譜和》。他批評湯姆遜的模型，認為正負電不能相互滲透，並提出了壹個他稱為“土星模型”的結構——壹個電子環圍繞帶正電荷的內核旋轉的原子模型。壹個帶正電的大質量球被壹圈等間距分布的電子包圍著，這些電子以相同的角速度做圓周運動。電子的徑向振動發出線譜，垂直於環面的振動發出帶譜。環上的電子以β射線的形式飛出，中心球體上的正電荷粒子以α射線的形式飛出。這個土星模型對他後來的原子成核模型影響很大。在1905中，他分析了α粒子荷質比測量等實驗結果，發現α粒子是氦離子。1908年，瑞士科學家利茲提出了磁原子模型。
他們的模型可以在壹定程度上解釋當時的壹些實驗事實，但無法解釋許多新的實驗結果，因此沒有得到進壹步發展。幾年後，湯姆遜的“葡萄幹蛋糕模型”被他的學生盧瑟福推翻。英國物理學家歐內斯特·盧瑟福（1871 ~ 1937）於1895年來到英國卡文迪許實驗室跟隨湯姆遜學習，成為湯姆遜的第壹位海外研究生。盧瑟福勤奮好學。在湯姆遜的指導下，盧瑟福在做他的第壹個實驗——放射性吸收實驗時發現了α射線。
盧瑟福設計了壹個巧妙的實驗。他將鈾和鐳等放射性元素放入鉛容器中，只在鉛容器上留下壹個小洞。因為鉛可以阻擋輻射，所以只有壹小部分輻射從小孔中出來，並形成壹束狹窄的輻射。盧瑟福在輻射束附近放置了壹塊強磁鐵，結果發現有壹條射線不受磁鐵的影響，壹直沿直線運動。第二條射線受到磁鐵的影響並向壹側偏轉，但偏轉得並不嚴重。第三條光線偏轉得很厲害。
盧瑟福將不同厚度的材料放在輻射方向上，觀察輻射的吸收。第壹種輻射不受磁場的影響，這意味著它不帶電，具有很強的穿透力。紙張和木屑等壹般材料無法阻止輻射的前進，只有壹塊厚鉛板才能完全阻擋它，這就是所謂的伽馬射線。第二條射線將受到磁場的影響並偏向壹側。從磁場的方向可以判斷出這條射線是帶正電荷的。這種射線的穿透力很弱，用壹張紙就能完全擋住。這是盧瑟福發現的阿爾法射線。第三種射線根據偏轉方向帶負電荷，其性質與快速移動的電子相同，因此被稱為β射線。盧瑟福對他自己發現的阿爾法射線特別感興趣。經過深入細致的研究，他指出α射線是帶正電的粒子流，而這些粒子是氦原子的離子，也就是缺少兩個電子的氦原子。
“計數管”是德國留學生漢斯·蓋格（1882-1945）發明的，可以用來測量肉眼看不見的帶電粒子。當帶電粒子通過計數管時，計數管發出壹個電信信號。當該遠程通信信號連接到報警器時，儀器將發出“哢嗒”聲，指示燈將亮起。不可見和無形的射線可以用非常簡單的儀器記錄和測量。人們稱這種儀器為蓋革計數器。在蓋革計數器的幫助下，盧瑟福領導的曼徹斯特實驗室對α粒子性質的研究得到了迅速發展。
1910年，馬斯登（E.Marsden，1889-1970）來到曼徹斯特大學。盧瑟福讓他用α粒子轟擊金箔，做實踐實驗，並用熒光屏記錄那些穿過金箔的α粒子。根據湯姆森的葡萄幹蛋糕模型，微小的電子分布在均勻帶正電荷的物質中，而阿爾法粒子是失去兩個電子的氦原子，其質量比電子大幾千倍。當這麽重的殼層轟擊原子時，小電子無法抵擋。然而，金原子中的正物質均勻分布在整個原子體積中，無法抵抗α粒子的轟擊。也就是說，α粒子將很容易穿過金箔，即使它被阻擋了壹點點，它也只會在穿過金箔後稍微改變方向。盧瑟福和蓋格多次做過這種實驗，他們的觀察結果與湯姆遜的葡萄幹蛋糕模型非常吻合。受金原子的影響，α粒子略微改變了方向，其散射角極小。
馬斯登和蓋格重復了這個已經做過多次的實驗，奇跡出現了！他們不僅觀察到了散射的α粒子，還觀察到了金箔反射的α粒子。盧瑟福在晚年的壹次演講中描述了當時的場景。他說:“我記得蓋格在兩三天後非常興奮地找到我，說‘我們得到了壹些反射的阿爾法粒子……’，這是我壹生中最不可思議的事件。這就像向卷煙紙發射15英寸的炮彈，但被反射的炮彈擊中壹樣不可思議。經過思考，我意識到這種反向散射只能是單次碰撞的結果。經過計算，我看到如果不考慮大部分原子質量集中在壹個小核中，不可能得到這個數量級。"
盧瑟福所說的“思考之後”，不是思考壹兩天，而是思考整整壹兩年。在做了大量的實驗、理論計算和仔細考慮後，他大膽地提出了核原子模型，推翻了他的老師湯姆遜的固體帶電球原子模型。
盧瑟福檢查了他的學生實驗中反射的α粒子確實是α粒子，然後仔細測量了反射的α粒子的總數。測量表明，在他們的實驗條件下，每8000個入射阿爾法粒子中就有壹個阿爾法粒子被反射回來。湯姆遜的固體帶電球原子模型和帶電粒子的散射理論只能解釋α粒子的小角散射，而不能解釋大角散射。多次散射可以得到大角度散射，但計算結果表明多次散射的概率極小，這與上述8千個α粒子中的壹個反射回來的觀測相差太遠。
湯姆遜原子模型不能解釋α粒子的散射。經過仔細的計算和比較，盧瑟福發現只有當正電荷集中在壹個小區域內，α粒子穿過單個原子時，才能發生大角度散射。換句話說，原子的正電荷必須集中在原子中心的壹個小原子核中。在這個假設的基礎上，盧瑟福進壹步計算了α散射的壹些規律並作出了壹些推論。這些推論很快被蓋格和馬斯登的壹系列漂亮的實驗所證實。
盧瑟福的原子模型就像壹個太陽系，帶正電荷的原子核像太陽，帶負電荷的電子像圍繞太陽運行的行星。在這個“太陽系”中，它們之間的力是電磁相互作用。他解釋說，原子中帶正電荷的物質集中在壹個小核中，而大部分原子質量也集中在這個小核中。當阿爾法粒子直接射向原子核時，它們可能會被反彈回來。這令人滿意地解釋了α粒子的大角度散射。盧瑟福發表了著名論文《物質對α和β粒子的散射及其原理結構》。
盧瑟福的理論開辟了研究原子結構的新途徑，為原子科學的發展做出了不朽的貢獻。然而，在當時的很長壹段時間裏，盧瑟福的理論受到了物理學家的冷遇。盧瑟福原子模型的致命弱點是正負電荷之間的電場力無法滿足穩定性的要求，即無法解釋電子如何穩定地停留在原子核外。漢太郎在1904中提出的土星模型由於無法克服穩定性的困難而未能成功。因此，當盧瑟福再次提出核原子模型時，許多科學家將其視為壹種猜想或各種模型之壹，而忽略了盧瑟福提出該模型的堅實實驗基礎。
盧瑟福具有非凡的洞察力，因此他經常能夠抓住本質並做出科學預測。同時，他有非常嚴格的科學態度，他應該從實驗事實中得出結論。盧瑟福認為他的模型遠非完美，需要進壹步研究和開發。在論文的開頭，他宣稱:“在這個階段，沒有必要考慮所提出的原子的穩定性，因為顯然它將取決於原子的精細結構和帶電成分的運動。”在那壹年寫給朋友的信中，他還說:“我希望我能在壹兩年內對原子結構提出壹些更清晰的看法。”盧瑟福的理論吸引了壹位來自丹麥的年輕人，他的名字叫尼爾斯·亨利克·戴維·玻爾·尼爾斯·亨利克·戴維·玻爾（1885-1962）。在盧瑟福模型的基礎上，他提出了原子核外電子的量子化軌道，解決了原子結構的穩定性問題，描述了壹個完整而令人信服的原子結構理論。
玻爾出生於哥本哈根的壹個教授家庭，於1911年獲得哥本哈根大學博士學位。1912 3月至7月在盧瑟福的實驗室學習，在此期間他的原子理論誕生了。玻爾首先將普朗克的量子假說擴展到原子內部的能量，以解決盧瑟福原子模型穩定性中的困難。當時假設原子只能通過離散能量光子改變其能量，即原子只能處於離散穩態，最低穩態是原子的正常狀態。然後，在朋友漢森的啟發下，他從譜線的組合定律得出了穩態躍遷的概念。他在1913和11的7月和9月發表了長篇論文《論原子結構和分子結構》的三個部分。
玻爾的原子理論給出了這樣壹個原子圖像:電子在壹些特定的可能軌道上圍繞原子核運動，離原子核越遠，能量越高；可能的軌道由以下事實決定:電子的角動量必須是h/2π的整數倍；當電子在這些可能的軌道上運動時，原子不會發射或吸收能量，而只是當電子從壹個軌道跳到另壹個軌道時才會發射或吸收能量，並且發射或吸收的輻射是單頻的。輻射的頻率和能量之間的關系由E=hν給出。玻爾的理論成功地解釋了原子的穩定性和氫原子譜線的規律。
玻爾的理論極大地擴大了量子理論的影響，加速了量子理論的發展。1915年，德國物理學家阿諾德·索末菲（1868-1951）將玻爾的原子理論擴展到橢圓軌道，並考慮了電子質量隨其速度變化的狹義相對論效應。衍生光譜的精細結構與實驗壹致。
191955年，阿爾伯特·愛因斯坦（1879-1955）基於玻爾的原子理論統計分析了物質吸收和發射輻射的過程，並推導出普朗克輻射定律。愛因斯坦的工作綜合了量子理論第壹階段的成果，將普朗克、愛因斯坦和玻爾的工作融為壹體。盧瑟福的學生中有十幾位諾貝爾獎獲得者，如玻爾、查德威克、考克克羅夫特、卡皮查、哈恩等。發現原子核後，盧瑟福在1919用α射線轟擊氮原子核，實現了人類歷史上第壹次“煉金術”和核反應。從現在開始，元素不是永恒的東西。盧瑟福通過壹系列核反應發現質子，即氫離子是所有原子核的組成部分，並預言了中子，後來他的學生查德維克發現了中子，並最終建立了基於質子和中子的核結構模型。泡利不相容原理建立後，元素周期律也得到了解釋。盧瑟福後來被稱為核物理之父。當然，當英國蓬勃發展時，不要忘記法國的居裏夫婦，因為盧瑟福的壹系列發現所需要的原子外殼是放射性元素（尤其是鐳）釋放的α粒子。這時，法國人成立了居裏實驗室，而居裏在壹次車禍中喪生。瑪麗因在放射性方面的成就獲得了諾貝爾化學獎。名著《放射性通論》代代相傳。在居裏實驗室之後，由年輕的居裏夫婦主持:伊奧裏奧·居裏和伊蓮娜·居裏，他們同樣才華橫溢，不遜於三大聖地。小居裏夫婦有點不走運。他們發現中子被查德威克搶走了，正電子被安德森搶走了，核裂變被哈恩搶走了。機會稍縱即逝。但最終，他因發現人工放射性獲得了諾貝爾獎。如今，有數千種放射性同位素，其中大部分是人工生產的，這要歸功於小居裏夫婦。
有核模型在實驗中取得了成功，但它與當時的基礎理論發生了嚴重沖突。根據經典電動力學，由於電子的圓周運動，電磁波將被輻射，由於能量的損失，它們將在1ns內落入原子核，並同時發出連續的光譜。換句話說，理論上不存在原子這種東西。但是原子確實存在並且是穩定的，發射出線性光譜，這得到了大量實驗事實和整個化學的支持。1911年，壹位26歲的丹麥年輕人來到劍橋，然後轉到曼徹斯特的盧瑟福實驗室，從而了解到原子核的驚人發現。最後，他發現了壹種有核模型的基本校正方法，這種方法不僅可以解釋原子的穩定性，還可以計算原子的半徑。他是尼爾斯·玻爾，和愛因斯坦壹樣著名。
1885年，瑞士數學教師巴爾默發現了壹個氫原子可見光譜的經驗公式，後來瑞典物理學家裏德伯將其推廣為裏德伯公式。1900年，德國物理學家普朗克提出了能量量子化的概念並解釋了黑體輻射光譜。1905年，愛因斯坦提出了光量子的概念。這些結論給了玻爾很大的啟發。在這些啟發下，玻爾在1913中將量子化的概念應用於原子模型，提出了玻爾的氫原子模型。這個模型的關鍵是玻爾提出的三個假設。穩態假設:電子只能在壹些離散的軌道上運動，不會輻射電磁波。頻率條件假設能級差與原子吸收（或發射）的光子能量相同。角動量的量子化假設電子的角動量是普朗克常數的整數倍。通過壹系列的推演，氫光譜的奧秘逐漸浮出水面並取得了巨大的成功。玻爾因此獲得了1922的諾貝爾獎。雖然玻爾模型現在看起來很粗糙，但它的意義不在於模型本身，而在於建立模型時引入的概念:穩態、能級、躍遷等等。玻爾引入了對應原理來協調氫原子模型和經典力學之間的沖突。玻爾成功後，他拒絕了導師盧瑟福的邀請，回到祖國，並在哥本哈根成立了研究所（後更名為玻爾研究所）。玻爾研究所吸引了壹大批來自世界各地的優秀青年物理學家，包括量子理論的奠基人海森堡、泡利和狄拉克，形成了濃郁的學術氛圍。這時，哥本哈根開始探索物理學的基本規律。
直到現在，物理學仍然可以大致分為兩個學派。壹派是以愛因斯坦為代表的經典物理學派，成員有普朗克、德布羅意、薛定諤等。壹派是以玻爾為首的哥本哈根學派，成員有波恩、海森堡、泡利、狄拉克等。自然，這場辯論尚未得出結論。那麽在玻爾的氫原子之後，物理學發生了什麽變化？兩大科學巨頭爭論的焦點是什麽？英國物理學家詹姆斯·查德威克（1891 ~ 1974）於1891年出生於英格蘭。從曼徹斯特大學畢業後，他專門研究放射性現象。後來，我去了劍橋大學，在盧瑟福教授的指導下，我取得了許多成就。1935因發現中子獲得諾貝爾物理學獎。第二次世界大戰期間，他去美國研究核武器。1974死亡。
他發現中子和質子具有相同的質量，但它們不帶電。中子的存在解釋了為什麽原子的質量大於質子和電子的總質量。他還因為發現中子獲得了1935諾貝爾獎。
原子由帶正電荷的原子核和圍繞原子核運行的帶負電荷的電子組成。幾乎所有的原子質量都集中在原子核上。起初，人們認為原子核的質量（根據盧瑟福和玻爾的原子模型理論）應該等於它所含的帶正電荷的質子數。然而，壹些科學家在研究中發現，原子核中正電荷的數量並不等於其質量！也就是說，原子核中除了帶正電的質子外，還應該含有其他粒子。那麽，那些“其他粒子”是什麽呢？英國著名物理學家詹姆斯·查德威克解決了這個物理問題，發現“其他粒子”就是“中子”。1930年，當科學家伯特和貝克用阿爾法粒子轟擊鈹時，他們發現了壹種穿透性射線，他們認為這是伽馬射線，並忽略了這種射線。韋伯斯特甚至仔細地確定了這種輻射並看到了它的中性性質，但很難解釋這種現象，因此他沒有繼續深入研究。居裏夫人的女兒伊蓮娜·居裏和她的丈夫也在“鈹射線”的邊緣徘徊，最終錯過了中子。查德威克於1891出生於英國柴郡，畢業於曼徹斯特維多利亞大學。中學時沒有天賦。他沈默寡言，成績壹般，但他堅持自己的信條:能做就壹定要做對，壹絲不茍；除非妳能做到並理解它，否則永遠不要寫。所以有時他不能按時完成物理作業。正是他這種不求虛榮、實事求是、“十次召回壹匹馬，建功立業”的精神，使他壹生的科研事業受益匪淺。進入大學的查德維克，由於基礎知識紮實，立即顯示出他在物理研究方面的傑出才能。他被著名科學家盧瑟福所吸引。畢業後留在曼徹斯特大學物理實驗室，在盧瑟福的指導下從事放射性研究。兩年後，他因“α射線通過金屬箔時發生偏離”的成功實驗獲得了英國國家獎學金。正當他的科研生涯迎來曙光時，他在第壹次世界大戰中被關進平民戰俘營，直到戰爭結束，他才重獲自由，重返科研崗位。1923年，他因在原子核電荷的測量和研究方面的傑出成就而被提拔為劍橋大學卡文迪什實驗室副主任，並與盧瑟福主任壹起從事粒子研究。1931年，居裏夫人的女兒和女婿伊奧裏奧和居裏宣布了他們的新發現:石蠟在鈹射線的照射下產生了大量質子。查德威克立即意識到這種射線很可能是由中性粒子組成的，這是解開核正電荷不等於其質量之謎的關鍵！查德威克立即著手研究伊奧裏奧·居裏和他的妻子所做的實驗，並用雲室測量了這種粒子的質量。人們發現這種粒子的質量與質子的質量相同，並且它沒有電荷。他稱這種粒子為中子。中子就這樣被他發現了。他解決了理論物理學家在原子研究中遇到的問題，完成了原子物理研究的突破。後來，意大利物理學家費米用中子作為“炮彈”轟擊鈾原子核，發現了核裂變和裂變中的鏈式反應，開創了人類利用原子能的新紀元。查德威克因發現中子的傑出貢獻獲得了1935諾貝爾物理學獎。