1895年，在倫琴發(fā)現(xiàn)X射線的那一年，年輕的盧瑟福從新西蘭遠(yuǎn)渡重洋來到英國，到有名的卡文迪許實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)和工作。湯姆遜熱情地歡迎了他。一開始，他研究剛發(fā)現(xiàn)的X射線。當(dāng)貝克勒耳發(fā)現(xiàn)放射線以后，在湯姆遜的建議下，盧瑟福立即轉(zhuǎn)而研究放射線。盧瑟福把鈾裝在鉛罐里，罐上只留一個(gè)小孔，鈾的射線只能由小孔放出來，成為一小束。他用紙張、云母、玻璃、鋁箔以及各種厚度的金屬板去遮擋這束射線，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鈾的射線并不是由同一類物質(zhì)組成的。其中有一類射線只要一張紙就能完全擋住，他把它叫做“軟”射線；另一類射線則穿透性極強(qiáng)，幾十厘米厚的鋁板也不能完全擋住，他把它叫做“硬”射線。
正在這時(shí)候，居里夫婦發(fā)現(xiàn)了鐳，并且用磁場來研究鐳的射線。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在磁場的作用下，射線分成兩束。其中一束不被磁場偏轉(zhuǎn)，仍然沿直線進(jìn)行，就像X射線那樣；另一束在磁場的作 用下彎曲了，就像陰極射線一樣。
用磁場研究射線，在卡文迪許實(shí)驗(yàn)室里可是拿手好戲，實(shí)驗(yàn)室主任湯姆遜在不久之前就是利用磁場、電場來研究陰極射線而發(fā)現(xiàn)電子的。居里夫婦的研究情況傳到了英國，盧瑟福立刻用更強(qiáng)的磁場來研究鈾（這時(shí)他手中還沒有新發(fā)現(xiàn)的鐳）的射線。結(jié)果，鈾的射線被分開了，不是兩股，而是三股。新發(fā)現(xiàn)的 一股略有彎曲，盧瑟福把它叫做α（阿耳法）射線；那一股彎曲得很厲害的叫做β（貝他）射線；不被磁場彎曲的那一股叫做γ（伽瑪）射線。
盧瑟福分別研究了三種射線的穿透本領(lǐng)。結(jié)果是：
α射線的穿透本領(lǐng)最差，它在空氣中最遠(yuǎn)只能走7厘米。一薄片云母，一張0.05毫米的鋁箔，一張普通紙都能把它擋住。
β射線的穿透本領(lǐng)比α射線強(qiáng)一些，能穿透幾毫米厚的鋁片。
γ射線的穿透本領(lǐng)極強(qiáng)，1.3厘米厚的鉛板也只能使它的強(qiáng)度減弱一半。
實(shí)驗(yàn)用準(zhǔn)直的α射線轟擊厚度為微米的金箔，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的α粒子都照直穿過薄金箔，偏轉(zhuǎn)很小，但有少數(shù)α粒子發(fā)生角度比湯姆森模型所預(yù)言的大得多的偏轉(zhuǎn)，大約有1/8000 的α粒子偏轉(zhuǎn)角大于90°，甚至觀察到偏轉(zhuǎn)角等于150°的散射，稱大角散射，更無法用湯姆森模型說明。1911年盧瑟福提出原子的有核模型(又稱原子的核式結(jié)構(gòu)模型），與正電荷聯(lián)系的質(zhì)量集中在中心形成原子核，電子繞著核在核外運(yùn)動(dòng)，由此導(dǎo)出α粒子散射公式，說明了α粒子的大角散射。盧瑟福的散射公式后來被蓋革和馬斯登改進(jìn)了的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)地驗(yàn)證。根據(jù)大角散射的數(shù)據(jù)可得出原子核的半徑上限為10-14米，此實(shí)驗(yàn)開創(chuàng)了原子結(jié)構(gòu)研究的先河。這個(gè)實(shí)驗(yàn)推翻了J.J.湯姆森在1903年提出的原子的葡萄干圓面包模型，認(rèn)為原子的正電荷和質(zhì)量聯(lián)系在一起均勻連續(xù)分布于原子范圍，電子鑲嵌在其中，可以在其平衡位置作微小振動(dòng)，為建立現(xiàn)代原子核理論打下了基礎(chǔ)。
線索：He2 的發(fā)現(xiàn)
放射性物質(zhì)的三種射線，一種是純粹的電，一種是純粹的能量，只有剩下的一種，是實(shí)實(shí)在在的物質(zhì)——氦氣。
當(dāng)未變成氦氣的帶有正電的射線去撞擊金箔時(shí)，它穿過去了，或許原子之內(nèi)還有虛空。有一部分轉(zhuǎn)向了，或許金箔之內(nèi)有扭轉(zhuǎn)的力。
盧瑟福被公認(rèn)為質(zhì)子的發(fā)現(xiàn)人。1918年他任卡文迪許實(shí)驗(yàn)室主任時(shí)，用α粒子轟擊氮原子核，注意到在使用α粒子轟擊氮?dú)鈺r(shí)他的閃光探測器（盧瑟福α粒子大角度散射實(shí)驗(yàn)采用ZnS(Ag)屏）紀(jì)錄到氫核的跡象。質(zhì)子命名為proton，這個(gè)單詞是由希臘文中的“第一”演化而來的。盧瑟福認(rèn)識(shí)到這些氫核唯一可能的來源是氮原子，因此氮原子必須含有氫核。他因此建議原子序數(shù)為1的氫原子核是一個(gè)基本粒子。在此之前尤金·戈?duì)柕滤固梗‥ugene Goldstein）就已經(jīng)注意到陽極射線是由正離子組成的。但他沒有能夠分析這些離子的成分。盧瑟福發(fā)現(xiàn)質(zhì)子以后，又預(yù)言了不帶電的中子存在。盧瑟福說，“根據(jù)計(jì)算，原子核還應(yīng)該有另外一種微粒存在。并且，這種微粒不帶電，它幾乎和質(zhì)子質(zhì)量一樣，由一個(gè)電子和一個(gè)質(zhì)子構(gòu)成，并存在于原子核中?！?/p>
1932年，伊倫·約里奧-居里和約里奧-居里發(fā)現(xiàn)如果使鈹射線（α粒子轟擊鈹放出的射線）通過石蠟板，則其電離作用大大增加。這種效應(yīng)的產(chǎn)生是由于鈹射線由石蠟中擊出質(zhì)子所致。鈹射線從石蠟中擊出的質(zhì)子，在空氣中的射程為40厘米，大約相當(dāng)于5兆電子伏特的能量。若假定質(zhì)子是由于與γ光子作用，發(fā)生彈性碰撞而被加速，則γ光子應(yīng)該具有大約55兆電子伏特的能量，此值比由鉛吸收得到的7兆電子伏特大很多。55兆電子伏特這個(gè)值也不與根據(jù)反應(yīng)式中的質(zhì)量虧損相符合。由4Be4，2He4、6C13的原子量和轟擊的α粒子的能量，能夠求出按反應(yīng)式進(jìn)行過程對應(yīng)的質(zhì)量虧損等于0.01665原子量單位（相當(dāng)于15.5兆電子伏特的能量）。由此可見，γ光子的能量不可能超過15.5（兆電子伏特）。查德威克證明，如果假設(shè)鈹在α粒子轟擊下發(fā)射出的輻射是由中性的、質(zhì)量接近于質(zhì)子的粒子組成的，便圓滿地解釋了這一放射現(xiàn)象，其反應(yīng)式為
4Be9+2He4→(6C13)→6C12+0n1
因?yàn)橹凶硬粠щ?，所以它從原子和分子的近傍飛過時(shí)同它們的相互作用很弱，這就是它的電離本領(lǐng)極小，而穿透本領(lǐng)很強(qiáng)的原因。中子與原子核之間的碰撞，與彈性球之間的碰撞相同，遵守能量守恒和動(dòng)量守恒定律。利用此二定律可得出對心碰撞時(shí)，反沖核的速度為
式中的v′為反沖核速度，v為中子的初速度，Mn為中子的質(zhì)量，M為反沖核的質(zhì)量。在中子速度相同的情況下，質(zhì)量為M1和M2的兩個(gè)不同的反沖核的速度v′1和v′2之比為
由此式便可求出中子的質(zhì)量Mn。由各對不同的核得到相同的中子質(zhì)量Mn這件事實(shí)，證實(shí)了查德威克假設(shè)：鈹?shù)妮椛洳皇枪庾?，而是質(zhì)量Mn=1.00893的中子。
正電子雖然有了理論預(yù)言，但在實(shí)驗(yàn)上還未發(fā)現(xiàn)。19世紀(jì)30年代的科學(xué)界不輕易承認(rèn)新粒子的存在。而是認(rèn)為帶正電的粒子只有質(zhì)子，所以有人認(rèn)為狄拉克方程中所出現(xiàn)的帶正電的粒子很可能就是質(zhì)子，不然為什么在實(shí)驗(yàn)上沒有發(fā)現(xiàn)呢？這個(gè)想法包括狄拉克本人也曾有過。
1932年狄拉克的預(yù)言很快被實(shí)驗(yàn)證實(shí)了，那是美國物理學(xué)家安德森（1905—1991）在研究宇宙射線在磁場中的偏轉(zhuǎn)情況時(shí)發(fā)現(xiàn)的。當(dāng)時(shí)，他正同密立根（基本電荷的測定者）一起研究宇宙線是電磁輻射還是粒子的問題。那時(shí)大多數(shù)人同意康普頓的論證，認(rèn)為宇宙射線是帶電粒子，密立根對此很不滿意。安德森于是想弄清楚進(jìn)入云室的宇宙射線在強(qiáng)磁場作用下會(huì)不會(huì)轉(zhuǎn)彎。他在云室中拍攝了一張照片，這張照片使他一夜沒合眼。他發(fā)現(xiàn)，宇宙射線進(jìn)入云室穿過鉛板后，軌跡確實(shí)發(fā)生了彎曲，而且，在高能宇宙射線穿過鉛板時(shí)，有一個(gè)粒子的軌跡和電子的軌跡完全一樣，但是彎曲的方向卻“錯(cuò)”了。這就是說，這種前所未知的粒子與電子的質(zhì)量相同，但電荷卻相反，而這恰好是狄拉克所預(yù)言的正電子。當(dāng)時(shí)安德森并不知道狄拉克的預(yù)言，他把所發(fā)現(xiàn)的粒子叫做“正電子”。第二年，安德森又用γ射線轟擊方法產(chǎn)生了正電子，從而從實(shí)驗(yàn)上完全證實(shí)了正電子的存在。從此以后，正電子便正式列入了基本粒子的行列。
強(qiáng)子就是所有參與強(qiáng)力作用的粒子的總稱。它們由夸克組成，已發(fā)現(xiàn)的夸克有六種，它們是：頂夸克、上夸克、下夸克、奇異夸克、粲夸克和底夸克。其中理論預(yù)言頂夸克的存在，2007年1月30日發(fā)現(xiàn)于美國費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室?，F(xiàn)有粒子中絕大部分是強(qiáng)子，質(zhì)子、中子、π介子等都屬于強(qiáng)子。(另外還發(fā)現(xiàn)反物質(zhì)，有著名的反夸克，現(xiàn)已被發(fā)現(xiàn)且正在研究其利用方法，由此我們推測，甚至可能存在反地球，反宇宙)奇怪的是夸克中有些竟然比質(zhì)子還重，這一問題還有待研究。
輕子就是只參與弱力、電磁力和引力作用，而不參與強(qiáng)相互作用的粒子的總稱。輕子共有六種，包括電子、電子中微子、μ子、μ子中微子、τ子、τ子中微子。電子、μ子和τ子是帶電的，所 基本粒子
有的中微子都不帶電，且所有的中微子都存在反粒子；τ子是1975年發(fā)現(xiàn)的重要粒子，不參與強(qiáng)作用，屬于輕子，但是它的質(zhì)量很重，是電子的3600倍，質(zhì)子的1.8倍，因此又叫重輕子。
傳播子也屬于基本粒子。傳遞強(qiáng)作用的膠子共有8種，1979年在三噴注現(xiàn)象中被間接發(fā)現(xiàn)，它們可以組成膠子球，由于色禁閉現(xiàn)象，至今無法直接觀測到。光子傳遞電磁相互作用，而傳遞弱作用的W+，W-和Z0，膠子則傳遞強(qiáng)相互作用。重矢量玻色子是1983年發(fā)現(xiàn)的，非常重，是質(zhì)子的80一90倍。
基本費(fèi)米子分為 2 類：夸克和輕子夸克
實(shí)驗(yàn)顯示共存在6種夸克（quark），和他們各自的反粒子。這6種夸克又可分為3“代”。他們是
第一代：u（上夸克） d（下夸克）
第二代：s（奇異夸克） c（粲夸克）
第三代：b（底夸克） t（頂夸克）
另外值得指出的是，他們之所以未能被早期的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，原因是夸克決不會(huì)單獨(dú)存在（頂夸克例外，但是頂夸克太重了而衰變又太快，早期的實(shí)驗(yàn)無法制造）。他們總是成對的構(gòu)成介子，或者3個(gè)一起構(gòu)成質(zhì)子和中子這一類的重子。這種現(xiàn)象稱為夸克禁閉理論。這就是為什么早期科學(xué)家誤以為介子和重子是基本粒子。
輕子，共存在6種輕子（lepton）和他們各自的反粒子。其中3種是電子和與它性質(zhì)相似的μ子和τ子。而這三種各有一個(gè)相伴的中微子。他們也可以分為三代：
第一代：e（電子）（電中微子）
第二代：（μ子） （μ中微子）
第三代：（τ子） （τ中微子）
10.玻色子
玻色子（英語：boson） 是依隨玻色-愛因斯坦統(tǒng)計(jì)，自旋為整數(shù)的粒子。規(guī)范玻色子
這是一類在粒子之間起媒介作用、傳遞相互作用的粒子。之所以它們稱為“規(guī)范玻色子”，是因?yàn)樗鼈兣c基本粒子的理論楊-米爾斯規(guī)范場理論有很密切的關(guān)系。
自然界一共存在四種相互作用，因此也可以把規(guī)范玻色子分成四類。
引力相互作用：引力子（graviton）
電磁相互作用：光子（photon）
弱相互作用（使原子衰變的相互作用）：W 及 Z 玻色子，共有3種。
強(qiáng)相互作用（夸克之間的相互作用）：膠子（gluon）
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