1897년 톰슨(Joseph John Thomson)이 음(-)으로 대전된 입자인 전자(electron)을 발견함으로써 원자는 나뉠 수 있는 내부구조가 존재하는 것을 예상하였다. 그리고 1911년 러더퍼드(Ernest Rutherford)는 알파입자(α partcle) 산란실험(scattering experiment)을 통해 원자는 전자가 원자핵(nucleus)으로부터 멀리 떨어져서 움직이는 작은 행성과 유사한 모양임을 알아냈다.

이 산란실험은 원자나 원자핵에 있는 전자 등의 아원자 물질을 발사하여 발사체가 반사하거나 산란되는 모양을 관찰하여 원자 혹은 원자핵의 특성을 유추해 내는 실험이다. 러더퍼드는 발사체로 방사능 물질에서 방출되는 아원자인 양(+)으로 대전된 알파입자를 사용하였다. 러더퍼드는 모든 입자들이 직선으로 얇은 금속 박편을 뚫고 지나갈 것이라고 예상하였으나, 몇몇 입자들이 매우 큰 각으로 반사되었다. 이를 통해 러더퍼드는 핵에 가까이 발사된 알파입자가 핵과의 강한 정전기적 힘에 의해 반사되고, 휘어짐의 정도는 핵의 전하량에 따라 달라지는 것을 알아냈다. 또한 양(+)으로 대전된 알파입자와 반발한 것으로 미루어 이 핵은 양(+)의 전하를 띠고 있음을 알 수 있었다. 알파입자가 전자의 영향을 받지 않은 이유는 전자들이 너무 가벼워서 알파입자와의 전자기적 힘이 약하기 때문이다. 이로써 원자에 원자핵이 존재함을 밝혔다.

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