उन्नीसवीं सदी के अंत तक, वैज्ञानिकों को पता था कि परमाणु अविभाज्य नहीं हैं। उनमें कम से कम एक उप-परमाणु कण, इलेक्ट्रॉन, होता है। लेकिन ये इलेक्ट्रॉन परमाणु के भीतर कैसे व्यवस्थित थे, यह एक रहस्य था। जे.जे. थॉमसन ने 1904 में पहला विस्तृत मॉडल प्रस्तावित किया।

थॉमसन ने सुझाव दिया कि परमाणु एक धनावेशित गोला है, और इलेक्ट्रॉन तरबूज में बीजों की तरह इसमें धंसे हुए हैं। इस मॉडल को अक्सर 'प्लम पुडिंग' मॉडल भी कहा जाता है। उन्होंने तर्क दिया कि इलेक्ट्रॉनों का ऋणात्मक आवेश गोले के धनात्मक आवेश को संतुलित करता है, जिससे परमाणु समग्र रूप से उदासीन हो जाता है।

थॉमसन का मॉडल तार्किक लग रहा था, लेकिन क्या यह सही था? अर्नेस्ट रदरफोर्ड, थॉमसन के एक पूर्व छात्र, ने इसे परखने का फैसला किया। उन्होंने एक सरल लेकिन शानदार प्रयोग तैयार किया जो परमाणु की हमारी समझ को हमेशा के लिए बदल देगा।

रदरफोर्ड ने सोने की एक बहुत पतली पन्नी पर तेज गति वाले अल्फा-कणों की बौछार की। सोना इसलिए चुना गया क्योंकि इसे अविश्वसनीय रूप से पतली चादरों में पीटा जा सकता है, जो केवल कुछ सौ परमाणु मोटी होती है। उन्होंने पन्नी के चारों ओर एक गोलाकार स्क्रीन लगाई जो अल्फा-कणों से टकराने पर चमकती थी, जिससे वे उनके पथ को ट्रैक कर सकते थे। थॉमसन के मॉडल के अनुसार, उन्हें उम्मीद थी कि लगभग सभी कण थोड़े विक्षेपण के साथ सीधे निकल जाएंगे।

परिणाम चौंकाने वाले थे। रदरफोर्ड ने बाद में कहा, "यह लगभग उतना ही अविश्वसनीय था जितना कि यदि आपने टॉयलेट पेपर के एक टुकड़े पर 15 इंच का गोला दागा और वह वापस आकर आपको ही लग गया।"

इन आश्चर्यजनक परिणामों के आधार पर, रदरफोर्ड ने 1911 में एक नया परमाणु मॉडल प्रस्तावित किया:

इस मॉडल ने परमाणु को एक छोटे सौर मंडल की तरह चित्रित किया, जिसमें नाभिक सूर्य की भूमिका निभाता है और इलेक्ट्रॉन ग्रहों की तरह परिक्रमा करते हैं। यह थॉमसन के मॉडल से एक क्रांतिकारी बदलाव था और इसने परमाणु की हमारी आधुनिक समझ की नींव रखी।

रदरफोर्ड का मॉडल एक बहुत बड़ी छलांग थी, लेकिन यह भी सही नहीं था। इसमें एक बड़ी कमी थी जो उस समय के भौतिकी के नियमों से संबंधित थी। शास्त्रीय भौतिकी के अनुसार, कोई भी आवेशित कण जब त्वरित होता है (यानी, एक वृत्ताकार पथ में घूमता है), तो उसे ऊर्जा विकीर्ण करनी चाहिए।

इसका मतलब यह होगा कि परमाणु अस्थिर हैं। लेकिन हम जानते हैं कि परमाणु स्थिर होते हैं। पदार्थ बस ढह नहीं जाता। रदरफोर्ड का मॉडल यह नहीं समझा सका कि इलेक्ट्रॉन नाभिक में क्यों नहीं गिरते। इस समस्या को हल करने के लिए एक नए मॉडल की आवश्यकता थी, जो क्वांटम यांत्रिकी के उभरते हुए क्षेत्र से आएगा।