其实是可以用其他金属的，可用的至少有「 金、锡、银、铜 和 铝 」。
具体为什么只用了金箔，其实是一个长达5年的故事...咦好像五年也并不是那么长？
效率优先，还是先跳过这五年，说说最简单的答案吧：
- 金箔的延展性特别好，做出来的薄片又平又均匀；
- 金的原子质量为197，是常见的金属里最重的，阿尔法粒子撞上之后弹飞的角度大，因此实验效果好。
嗯，就是这样。
其实这个问题，当年的物理学家是考虑过的，还专门发了篇论文。这篇论文正是1910年由汉斯·盖革发表的【论物质对阿尔法粒子的散射】( The Scattering of the α-Particles by Matter) [1] ，而答案也正在这篇110年前的论文里。
然而在开始看这篇文章之前，我们应该思考的问题是：如果我来设计这个金箔实验，我会怎么设计？继而我们需要问的是：实验的目的是什么？我们需要观察的又是什么变化？
首先，实验的目的。在当时，金箔实验的目的是为了验证卢瑟福1911年提出的散射公式 [2] 。为了验证这一点，我们需要能清晰地观察到阿尔法粒子被金属原子弹飞，也就是说，我们需要能清晰地观察到散射角度的变化。
另一点则是，金属的厚度无疑会影响实验的效果。为了能观察到数量可观的阿尔法粒子穿过金属片，金属片需要很薄。处于同样的考虑，金属片同样需要很均匀。不然金属片一块厚一块薄，相当于引入了一个极难控制的变量，对于实验有很大干扰。
好的，所以我们的金属薄片需要又薄又均匀。那么在110年前，可用的金属有哪些呢？
种类上并不多。答案是「 金、锡、银、铜 和 铝 」 [1] ：
Since thin and uniform sheets could only be obtained for gold, tin, silver, copper, and aluminium, the experiments were confined to these metals.因为薄且均匀的金属片只能从 金、锡、银、铜 和 铝 中制取，实验限于这些金属中展开。
有这么多可用的金属，那么接下来的问题就是：用哪个？
买苹果尚且比来比去，当然是哪个效果好用哪个。什么叫效果好？
别忘了这个实验是为了观察什么：为了观察散射角度的变化。同样的厚度下，一种金属能把阿尔法粒子弹飞5度，另一种能弹飞10度，该选哪个能观察到最明显的效果呢？当然是后者。选取金的逻辑同理。
在盖革的这篇文章中，他比较了之前提到的五种金属在不同厚度下的散射能力，如图所示。盖革用「最大可能的散射角」来测量不同金属的散射能力，而厚度的测量则是用（在穿透能力上）等价的空气厚度来表示的。
其中，因为金属锡只能制备一种厚度，不利于实验比较，故不考虑。从这一系列实验中，盖革定义了一个「散射系数」用来测量哪种金属散射能力最猛，可见下表。
这个表就很明显了：在这些金属中，金拥有最大的散射系数。其中一个原因就是因为金的原子质量是最大的。早在1905年，Bragg和Kleeman的实验就表明，某种材料的停止能力（指）和其原子质量A的根号 \sqrt{A} 成正比 [3] 。因此，在这一系列金属中，金拥有最强的散射能力，最大的散射系数，还又薄又均匀，实在是这个实验的不二之选啊。
所以从这个程度上来说， 并不是只能用金箔来做这个实验，不过用金箔的效果最好。 锡和银次之，但在当时只能制作特定厚度的锡箔，所以也用了银箔做了这个实验。
这一点也在过去的实验中体现过。在金箔实验系列的第一篇（ On a diffuse reflection of the α-particles ） [4] 中，盖革就比较过金箔和铝箔的效果：
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.我们用铝箔也做过类似的实验。铝箔清晰地展现出了散射效果，但在等价的厚度下，比金箔的程度小很多。
这一点和我们刚刚讨论的文章是一致的。只不过受限于实验设计，这个实验只能观察到很小的角度变化。
其实，我们所熟知的「金箔实验」，是1908到1913年这五年里一系列实验中的最后一个。
从1908年的第一个实验 [4] ，我们知道：金箔的确有散射能力。然而当时的实验器材只有一块很小的探测屏，，没有近乎360度的探测屏，所以只能观察到很小的角度变化。
在1909年的第二个实验中 [5] ，卢瑟福想知道粒子的散射角度能不能达到90度甚至往上。答案是肯定的。
在1910年的第三个实验 [1] ，也就是我们前文探讨的实验，盖革测量了测量各个金属散射能力。
在这之后的1911年 [2] ，卢瑟福假设原子中心有小却强烈的电荷，并提出了他的数学模型；
而1913年才是我们熟知的金箔实验 [6] 。
参考
- ^ 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
