העובדה שכל העצמים מורכבים מחלקיקים יסודיים התקבלה על ידי המדענים של יוון העתיקה. אבל באותם ימים לא הייתה דרך להוכיח עובדה זו או להפריך אותה. ובימי קדם, אפשר היה רק לנחש על תכונותיהם של אטומים, על סמך תצפיות משלהם על חומרים שונים.
ניתן היה להוכיח שכל החומרים מורכבים מחלקיקים יסודיים רק במאה ה-19, ולאחר מכן בעקיפין. במקביל, פיזיקאים וכימאים ברחבי העולם ניסו ליצור תיאוריה מאוחדת של חלקיקים יסודיים, המתארת את המבנה שלהם ומסבירה תכונות שונות, כמו מטען הגרעין.
המחקרים של מולקולות, אטומים והמבנה שלהם הוקדשו לעבודותיהם של מדענים רבים. הפיזיקה עברה בהדרגה לחקר עולם המיקרו - חלקיקים אלמנטריים, אינטראקציות ותכונות שלהם. מדענים החלו לתהות ממה מורכב גרעין האטום, העלו השערות וניסו להוכיח אותן, לפחות בעקיפין.
Bכתוצאה מכך, המודל הפלנטרי של מבנה האטום, שהוצע על ידי ארנסט רתרפורד ונילס בוהר, אומץ כתיאוריה הבסיסית. לפי תיאוריה זו, המטען של הגרעין של כל אטום הוא חיובי, בעוד אלקטרונים בעלי מטען שלילי מסתובבים במסלוליו, ובסופו של דבר הופכים את האטום לניטרלי מבחינה חשמלית. עם הזמן, תיאוריה זו אוששה שוב ושוב על ידי ניסויים שונים, החל מניסויים של אחד ממחבריה.
פיזיקה גרעינית מודרנית מחשיבה את תיאוריית רתרפורד-בוהר כבסיסית, כל המחקרים על אטומים והיסודות שלהם מבוססים עליה. מצד שני, רוב ההשערות שעלו במהלך 150 השנים האחרונות לא אושרו באופן מעשי. מסתבר שרוב הפיזיקה הגרעינית היא תיאורטית בשל הגדלים הקטנים במיוחד של העצמים הנבדקים.
כמובן, בעולם המודרני, הרבה יותר קל לקבוע את המטען של גרעין האלומיניום, למשל (או כל יסוד אחר), מאשר במאה ה-19, ואף יותר מכך - ביוון העתיקה. אבל גילויים חדשים בתחום זה, מדענים מגיעים לפעמים למסקנות מפתיעות. בניסיון למצוא פתרון לבעיה אחת, פיזיקת החלקיקים מתמודדת עם בעיות ופרדוקסים חדשים.
בתחילה, התיאוריה של רתרפורד אומרת שהתכונות הכימיות של חומר תלויות במטען של גרעין האטום שלו, וכתוצאה מכך, במספר האלקטרונים המסתובבים במסלוליו. כימיה ופיזיקה מודרניים מאשרים גרסה זו במלואה. למרות המחקרמבנה המולקולות התבסס בתחילה על המודל הפשוט ביותר - אטום מימן, שהמטען הגרעיני שלו הוא 1, התיאוריה חלה במלואה על כל האלמנטים של הטבלה המחזורית, כולל מתכות אדמה נדירות וחומרים רדיואקטיביים שהושגו באופן מלאכותי בסוף המילניום האחרון.
זה מוזר שהרבה לפני המחקר של רתרפורד, כימאי אנגלי, רופא בהשכלתו, ויליאם פרוט, שם לב שהמשקל הסגולי של חומרים שונים הוא כפולה של אינדקס מימן נתון. לאחר מכן הוא הציע שכל שאר היסודות פשוט מורכבים ממימן ברמה הפשוטה ביותר. זה, למשל, חלקיק חנקן הוא 14 חלקיקים מינימליים כאלה, חמצן הוא 16 וכו'. אם ניקח בחשבון את התיאוריה הזו באופן גלובלי בפרשנות מודרנית, אז באופן כללי היא נכונה.
