Thomson nel 1897 scoprì l’elettrone, con un tubo a raggi catodici inventato pochi mesi prima da Karl Braun. Misurando la deflessione dei raggi in un campo elettrico e magnetico, ne determinò il rapporto fra carica elettrica e massa.

Nel 1907 non c’era ancora la tecnologia necessaria a creare proiettili dell’energia necessaria, ma Rutherford usò ciò di cui era in grado di disporre: i decadimenti di sostanze radioattive per scoprire la struttura dell’atomo. Rutherford ricavò il modello atomico partendo dallo studio dei raggi alfa deflessi da pochi strati di atomi d'oro.

In realtà, quello che si poteva osservare era nient’altro che l’interazione elettromagnetica fra la carica positiva delle particelle alfa e la forte carica positiva dei nuclei d’oro. Nulla di straordinario, ma pur sempre spettacolare!

A pensarci bene, Lord Rutherford fu un vero genio. Scoprì l’esistenza del nucleo usando… raggi alfa ossia nuclei!
Successivamente la scoperta del neutrone da parte di J. Chadwick (1932) diede praticamente il via alla fisica nucleare.

Tale scoperta suggerì infatti l'ipotesi che oltre alle due forze naturali fondamentali allora sconosciute (la forza gravitazionale e quella elettromagnetica) ne esistesse almeno una terza, la forza nucleare, responsabile della coesistenza nel nucleo, di particelle quali i protoni e i neutroni.

Negli stessi anni una particolarità dello spettro dei raggi beta emessi da alcuni nuclei radioattivi aveva portato a ipotizzare l'esistenza di una nuova particella. La continuità di tali spettri suggerì infatti a W. Pauli, nel 1930, che il responsabile del bilancio energetico apparentemente scorretto nei decadimenti beta fosse una leggerissima particella neutra chiamata da E. Fermi neutrino; su questa ipotesi Fermi elaborò una teoria completa del decadimento beta, ipotizzando che il neutrone decada così: dove doveva essere una particella di massa nulla (analoga al fotone) contenente l'energia in eccesso. Dopo Rutherford i fisici si domandarono se esistessero altre particelle elementari oltre ai protoni e gli elettroni e contemporaneamente se i protoni e gli elettroni fossero veramente elementari.

Ma per rispondere alla domanda un po’ più in dettaglio dobbiamo trovare i costituenti davvero elementari della materia, e capire come interagiscono per creare l’incredibile varietà del nostro mondo. Lo studio della costituzione della materia ha portato Rutherford a dimostrare che esistono gli atomi, con gli elettroni che ruotano attorno al nucleo centrale carico positivamente .