1911년 러더퍼드가 행한 α선의 원자에 의한 산란(散亂)실험. 원자 구조의 규명에 획기적인 실험이며, 이 실험에서 비로소 원자는 대부분의 질량과 양전하(陽電荷)가 집중되어 있는 작은 핵이 중심에 있고, 진공으로 된 핵의 주위를 전자가 선회하는 구조라는 것을 밝혔다. 이 실험 당시 원자 구성요소의 하나로서 음전하(陰電荷)를 가진 전자의 존재는 이미 밝혀졌으나 이것을 중화해 원자 전체를 중성(中性)으로 유지하는 양전하의 정체가 아직 해명되지 않았으므로, 이것을 설명하기 위해 J. J. 톰슨은 원자의 전체 용적은 양전하를 가진 물질이며, 충만된 구(球) 안에 전자가 고리 모양으로 묻혀 있다는 그의 원자모형(原子模型)을 제시했고, 나가오카(長岡半太郞)는 원자는 그 중심에 무거운 양전하의 핵이 있고 전자는 그 주위를 토성의 고리처럼 돌고 있다는 원자모형을 제시했다. 이 두 사람의 이론을 실험으로 판정한 것이 러더퍼드의 실험이다. 그는 이 실험에서 선을 계측하고 그 산란 방법을 탐구하여 높은 운동에너지를 가진 α입자가 얇은 물질박(物質箔)에서 되돌아오는 현상도 관측했다. 반대로 원자모형에 의해 제시되는 원자의 내부 구조에 기초를 두고 이론적으로 예상되는 α선의 산란을 실험에 의해 검증했다. 그 결과 원자는 내부가 충실한 구가 아니라, 지름이 약 1조분의 1cm(원자의 지름은 약 1억분의 1cm)인 핵에 중량의 대부분과 양전하가 집중되어 있으며, 그 가까이는 대단히 강력한 전기장(電氣場)이 있다는 것을 확인했다. 러더퍼드 원자모형은 이들 실험으로 확립되어 그 후의 핵물리학 발전의 기초가 되었다.