其實是可以用其他金屬的，可用的至少有「 金、錫、銀、銅 和 鋁 」。
具體為什麽只用了金箔，其實是一個長達5年的故事...咦好像五年也並不是那麽長？
效率優先，還是先跳過這五年，說說最簡單的答案吧：
- 金箔的延展性特別好，做出來的薄片又平又均勻；
- 金的原子品質為197，是常見的金屬裏最重的，Alpha粒子撞上之後彈飛的角度大，因此實驗效果好。
嗯，就是這樣。
其實這個問題，當年的物理學家是考慮過的，還專門發了篇論文。這篇論文正是1910年由漢斯·蓋革發表的【論物質對Alpha粒子的散射】( The Scattering of the α-Particles by Matter) [1] ，而答案也正在這篇110年前的論文裏。
然而在開始看這篇文章之前，我們應該思考的問題是：如果我來設計這個金箔實驗，我會怎麽設計？繼而我們需要問的是：實驗的目的是什麽？我們需要觀察的又是什麽變化？
首先，實驗的目的。在當時，金箔實驗的目的是為了驗證拉塞福1911年提出的散射公式 [2] 。為了驗證這一點，我們需要能清晰地觀察到Alpha粒子被金屬原子彈飛，也就是說，我們需要能清晰地觀察到散射角度的變化。
另一點則是，金屬的厚度無疑會影響實驗的效果。為了能觀察到數量可觀的Alpha粒子穿過金屬片，金屬片需要很薄。處於同樣的考慮，金屬片同樣需要很均勻。不然金屬片一塊厚一塊薄，相當於引入了一個極難控制的變量，對於實驗有很大幹擾。
好的，所以我們的金屬薄片需要又薄又均勻。那麽在110年前，可用的金屬有哪些呢？
種類上並不多。答案是「 金、錫、銀、銅 和 鋁 」 [1] ：
Since thin and uniform sheets could only be obtained for gold, tin, silver, copper, and aluminium, the experiments were confined to these metals.因為薄且均勻的金屬片只能從 金、錫、銀、銅 和 鋁 中制取，實驗限於這些金屬中展開。
有這麽多可用的金屬，那麽接下來的問題就是：用哪個？
買蘋果尚且比來比去，當然是哪個效果好用哪個。什麽叫效果好？
別忘了這個實驗是為了觀察什麽：為了觀察散射角度的變化。同樣的厚度下，一種金屬能把Alpha粒子彈飛5度，另一種能彈飛10度，該選哪個能觀察到最明顯的效果呢？當然是後者。選取金的邏輯同理。
在蓋革的這篇文章中，他比較了之前提到的五種金屬在不同厚度下的散射能力，如圖所示。蓋革用「最大可能的散射角」來測量不同金屬的散射能力，而厚度的測量則是用（在穿透能力上）等價的空氣厚度來表示的。
其中，因為金屬錫只能制備一種厚度，不利於實驗比較，故不考慮。從這一系列實驗中，蓋革定義了一個「散射系數」用來測量哪種金屬散射能力最猛，可見下表。
這個表就很明顯了：在這些金屬中，金擁有最大的散射系數。其中一個原因就是因為金的原子品質是最大的。早在1905年，Bragg和Kleeman的實驗就表明，某種材料的停止能力（指）和其原子品質A的根號 \sqrt{A} 成正比 [3] 。因此，在這一系列金屬中，金擁有最強的散射能力，最大的散射系數，還又薄又均勻，實在是這個實驗的不二之選啊。
所以從這個程度上來說， 並不是只能用金箔來做這個實驗，不過用金箔的效果最好。 錫和銀次之，但在當時只能制作特定厚度的錫箔，所以也用了銀箔做了這個實驗。
這一點也在過去的實驗中體現過。在金箔實驗系列的第一篇（ On a diffuse reflection of the α-particles ） [4] 中，蓋革就比較過金箔和鋁箔的效果：
Some experiments were also made, using aluminium foil. The aluminium foil showed the scattering effect clearly, but to a much smaller extent than gold leaf, if equivalent thicknesses were used.我們用鋁箔也做過類似的實驗。鋁箔清晰地展現出了散射效果，但在等價的厚度下，比金箔的程度小很多。
這一點和我們剛剛討論的文章是一致的。只不過受限於實驗設計，這個實驗只能觀察到很小的角度變化。
其實，我們所熟知的「金箔實驗」，是1908到1913年這五年裏一系列實驗中的最後一個。
從1908年的第一個實驗 [4] ，我們知道：金箔的確有散射能力。然而當時的實驗器材只有一塊很小的探測屏，，沒有近乎360度的探測屏，所以只能觀察到很小的角度變化。
在1909年的第二個實驗中 [5] ，拉塞福想知道粒子的散射角度能不能達到90度甚至往上。答案是肯定的。
在1910年的第三個實驗 [1] ，也就是我們前文探討的實驗，蓋革測量了測量各個金屬散射能力。
在這之後的1911年 [2] ，拉塞福假設原子中心有小卻強烈的電荷，並提出了他的數學模型；
而1913年才是我們熟知的金箔實驗 [6] 。
參考
- ^ a b c https://royalsocietypublishing.org/doi/pdf/10.1098/rspa.1910.0038
- ^ a b http://web.ihep.su/dbserv/compas/src/rutherford11/eng.pdf
- ^ p. 318 https://archive.org/details/londonedinburghd610190lon/page/318/mode/2up
- ^ a b https://royalsocietypublishing.org/doi/pdf/10.1098/rspa.1908.0067
- ^https://royalsocietypublishing.org/doi/pdf/10.1098/rspa.1909.0054
- ^http://web.ihep.su/dbserv/compas/src/geiger13/eng.pdf
