最近的一百多年時間裡，人類對微觀世界的探索發展十分迅猛。在更早之前，人們一直認為原子是組成物質的最終組成成分，是不可能再分割的了。但是到了20世紀初，有一些偉大的物理學家發現，事實並非如此，原子裡還有原子核，甚至原子核也是由更小的粒子組成的。

打碎原子

在1914年，英國的曼徹斯特大學裡，有一個名叫馬士頓的學者繼續做著α散射實驗（α散射實驗是盧瑟福曾在1911年做過，他通過這個實驗發現了原子核）。他發現了一些盧瑟福沒有發現的現象，當α粒子與原子核產生散射作用時，有時會看見快速運動的氫原子核，他把它稱為“H”粒子。由於第一次世界大戰的影響，導致他們的研究中斷了下來，只能偶爾利用剩餘的時間在實驗室裡繼續工作。有一次，軍方邀請盧瑟福參加一次軍事會議，盧瑟福用一句很有力的話回絕了這次邀請，他說：我有理由相信，破碎的原子核比戰爭有更偉大的意義。

科技的“魔法”

到了1919年，第一次世界大戰接近了尾聲，軍方忙於戰後工作，所以很少來打擾盧瑟福，使他有充足的時間恢復之前的工作。有一次，他把α粒子射入一個充滿氮氣的容器中，在容器後放置了一個熒光屏來監測會發生什麼情況。通過觀察實驗結果，他發現大多數情況下α粒子會被氮氣吸收，但是偶爾會在熒光屏上觀察到閃光現象。經過盧瑟福的思考，他認為之所以會閃光是因為有穿透力比α粒子更強的新粒子飛了出來，而這個新粒子就是氦原子受到了α粒子撞擊之後變成了氧原子核，同時釋放出的氫原子核。根據這一現象，他又推斷出，氫原子核是所有的原子核的組成部分，他給他起了一個單獨的名字叫“質子”。

一個射入的α粒子撞擊一個氮原子核（7個質子+7箇中子），這個氮原子核變成了一個氧原子核（8個質子+9箇中子），即α+N->p+O，同時釋放出一個質子，這個質子急速打到了熒光屏上產生了可見的閃光。

這個實驗具有很重要的意義，它打破人們當時的固有思維。第一次真正看到了人為導致一個元素變成另一個元素，在神話故事中的“點石成金術”在盧瑟福手中變成了現實。在之後的幾年裡，很多物理學家都不斷重複著盧瑟福的這個實驗，以便觸發更多的原子核反應。他們同樣用顯微鏡來觀測熒光屏上的閃光，直到1925年在劍橋大學的盧瑟福實驗室裡，布萊克特用照片記錄了一次原子核的蛻變過程，他當時使用的是自己設計的雲室。照片中清晰的顯示了氮原子核轉變成氧原子核留下的粒子痕跡，他也因此獲得了1948年的諾貝爾物理學獎。

第一臺人造高能粒子器

在自然界中能找到使原子核轉變的α粒子的數量是極其有限的，盧瑟福與其他科學家們急切需要人工能夠提供比天然放射性更大的能量粒子。在1924年，劍橋大學的盧瑟福實驗室裡安裝了一臺用高壓電場加速質子的裝置，後來被稱為

高壓倍加器。雖然這臺設備確實提供了盧瑟福需要的粒子，但是卻認為這臺儀器太過昂貴，他們需求的粒子不至於需要如此高昂的設備，他相信還會有其他辦法解決這個問題，這是他犯下的巨大失誤。這樣的設備在今後的科學研究中，不僅沒有減少，反而在美國大量建造，並且越來越昂貴。

靜電粒子加速器的誕生

1932年，科克羅夫特和沃爾頓建造了世界上第一臺質子靜電加速器，這臺加速器產生的粒子比高壓倍加器產生的粒子能量高出很多。該加速器是利用巡迴反覆運動的帶子將電荷不斷的送到位於設備頂端的一個大“帽子”上，這個“帽子”實際上是一個與地面絕緣的圓形金屬裝置。加入到電荷後，增加“帽子”上的電壓至80萬伏，在這個帽子裡有一個小容器裡充滿了氫氣，質子從氫氣中被解離出來，引到了長的真空玻璃管中。在玻璃管中被高壓電場加速，撞向鋰靶。

他們把盧瑟福原來笨重的實驗裝置安裝到了靜電加速器實驗裝置的底部，當一切準備就緒後，他們開始命令：關掉質子流，增高加速電壓。隨後質子開始轟擊鋰靶。沃爾頓從鋰靶下面的顯微鏡裡觀察到鋰原子核變成了氦原子核。他們十分激動的把他們的“老闆”盧瑟福叫過來觀看整個實驗過程，盧瑟福在粒子加速器下面觀看熒光屏，他確認閃光是由α粒子引起的。性格一向沉穩的科克羅夫特無法抑制自己激動的心情，當即衝出實驗室跑到馬路上大喊：“我們已經將原子分裂開了！”。

這個原子核反應可以寫成：p+Li->2α

其中，鋰為3個質子與4箇中子；α粒子即為氦原子核（2個質子+2箇中子）。

雖然在獲得更高粒子能量的競賽中，科克羅夫特和沃爾頓的技術很快被其他科學家超越了。陸續出現了能量更高更大的加速器，但是直到今天，用他們的方法使帶電粒子獲得一定能量的靜電加速器仍然被廣泛使用著。