เมื่อกลับถึงมหาวิทยาลัย Manchester Rutherford ได้ให้ Geiger ระดมยิงอะตอมด้วยอนุภาคแอลฟา และพบว่า เพราะอนุภาคมีพลังงานสูงมาก ดังนั้น มุมเบี่ยงเบนของอนุภาคหรือที่เรียกว่า มุมกระเจิงจะมีค่าน้อย
ในปี 2452 Rutherford ได้ให้ Ernest Marsden ซึ่งเป็นนิสิตปริญญาตรีเข้าทำงานช่วย Geiger ค้นหาอนุภาคแอลฟาที่กระเจิงเป็นมุมกว้างจากแผ่นทองคำเปลว และ Rutherford ได้บอกทุกคนในเวลาต่อมาว่า เขาไม่คิดว่าจะเห็นอะไรเบี่ยงเบนเป็นมุมกว้างเลย
แต่เมื่อเห็น Rutherford รู้สึกตกใจมากที่สุดในชีวิต เพราะเขาบรรยายว่าเหมือนกับการยิงกระสุนปืนใหญ่ ขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 15 นิ้วไปที่กระดาษ แล้วกระสุนกระดอนกลับมาชนคนยิง
ในฤดูใบไม้ผลิของปี 2452 Geiger กับ Marsden ได้รายงานผลการทดลองนี้ และ Rutherford ก็ได้คิดว่าเหตุการณ์กระสุนอนุภาคแอลฟากระดอนกลับคงเกิดจากการที่ตรงกลางของอะตอมมีแกนกลางอยู่ และ Rutherford ไม่เชื่อแบบจำลองอะตอมของ Thomson ที่คิดว่าอะตอมมีลักษณะเป็นทรงกลมที่มีเนื้อเป็นประจุบวก และมีอิเล็กตรอนแฝงอยู่ในเนื้อนั้น
ในปี 2453 Thomson ได้ใช้แบบจำลองอะตอมของตนคำนวณมุมกระเจิงของอนุภาคแอลฟา และพบว่า ไม่สามารถอธิบายผลการทดลอง Geiger กับ Marsden ได้
Rutherford จึงคิดแบบจำลองใหม่ โดยให้ตรงกลางอะตอมมีนิวเคลียสที่มีประจุบวก ดังนั้น นิวเคลียสก็จะผลักอนุภาคแอลฟาด้วยแรงไฟฟ้า เพราะอนุภาคทั้งสองมีประจุบวกเหมือนกัน และ Rutherford ก็ได้ใช้กลศาสตร์ของ Newton คำนวณมุมกระเจิง จนได้สูตรซึ่งให้คำทำนายคล้องจองกับผลการทดลองของ Geiger และ Marsden ทุกประการ ดังนั้น ในฤดูใบไม้ผลิของปี 2454 Rutherford จึงเป็นบุคคลแรกที่รู้ว่า อะตอมมีลักษณะอย่างไรทั้งๆ ที่ตนมิใช่นักฟิสิกส์ทฤษฎี
การค้นพบนิวเคลียสนำชื่อเสียงมาสู่ Rutherford มาก จนทำให้นักฟิสิกส์ทั่วโลก พยายามหาทางมาทำงานกับ Rutherford ที่ Manchester และหนึ่งในนั้น คือ Niels Bohr ซึ่งได้เดินทางมาหา Rutherford ในเดือนมีนาคม พ.ศ. 2455 คนทั้งสองทำงานเข้ากันได้ดีมาก และ Bohr ก็ประสบความสำเร็จในการเสนอทฤษฎีที่อธิบายสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจนโดยการใช้อะตอมของ Rutherford ร่วมกับสมมติฐานเรื่อง quantum ของ Planck ผลงาน 3 ชิ้นที่ Bohr นำเสนอในปี 2456 ทำให้ Rutherford ชื่นชมมาก
นอกจาก Bohr แล้ว ห้องปฏิบัติการของ Rutherford ก็ยังมีนักฟิสิกส์หนุ่มชื่อ Henry Moseley ด้วย ซึ่งได้ศึกษาสเปกตรัมของรังสีเอ็กซ์ที่ธาตุต่างๆ ปล่อยออกมา เวลาถูกระดมยิงด้วยอิเล็กตรอน และเมื่อ Moseley ใช้แบบจำลองของ Bohr – Rutherford เขาก็สามารถอธิบายสาเหตุการเกิดรังสีเอ็กซ์และค่าความยาวคลื่นต่าง ๆ ของรังสีเอ็กซ์ได้ด้วย
ในปี 2457 ได้เกิดสงครามโลกครั้งที่ 1 บรรดาชายฉกรรจ์ในห้องปฏิบัติการถูกเกณฑ์เป็นทหารออกสงคราม Moseley ประสบอุบัติเหตุเครื่องบินถูกยิงตกและเสียชีวิต ส่วน Rutherford ก็ได้ช่วยกระทรวงกลาโหมออกแบบสร้างอุปกรณ์ตรวจจับเรือดำน้ำ
เมื่อสงครามสิ้นสุด Rutherford ได้หันมาสนใจปัญหาการระดมยิงอะตอมของธาตุที่เบาด้วยอนุภาคแอลฟา และในปี 2462 เขาได้เสนองานวิจัย เรื่อง “An Anomalous Effect in Nitrogen” ซึ่ง Rutherford ได้พบว่า เวลาอะตอมไนโตรเจนถูกยิงด้วยอนุภาคแอลฟา นิวเคลียสของไนโตรเจนจะเปลี่ยนแปลง และมีอนุภาคชนิดใหม่เกิดขึ้นด้วย ชื่อโปรตอน (proton) และนี่คือ จุดเริ่มต้นของวิทยาการเล่นแร่แปรธาตุที่นักเคมีตั้งแต่สมัยโบราณพยายามกระทำ แต่ไม่สำเร็จ เพราะ Rutherford ได้พบว่า เมื่ออนุภาคแอลฟารวมกับธาตุไนโตรเจน มันจะเปลี่ยนไปเป็นธาตุออกซิเจนและโปรตอน ตามสมการ
และนี่ก็คือผลงานสำคัญชิ้นสุดท้ายของ Rutherford ที่มหาวิทยาลัย Manchesterในปี 2464 หลังจากที่พบ proton แล้ว Rutherford ได้คาดหวังจะพบอนุภาคที่เป็นกลางด้วย แต่ไม่สำเร็จ (James Chadwickได้พบนิวตรอนในอีก 9 ปีต่อมา)
ในด้านชีวิตทำงาน Rutherford ไม่ชอบงานคำนวณที่ยุ่งยากและซับซ้อน (เช่น กลศาสตร์ควอนตัม) เขาชอบกลศาสตร์ Newton ยิ่งกว่ากลศาสตร์ Einstein และคิดว่า นักทฤษฎีชอบเล่นเกมอักษร และเครื่องหมาย แต่นักทดลองเล่นของจริง นอกจากนี้ อุปกรณ์ที่เขาออกแบบสร้างก็มีขนาดเล็ก และราคาไม่สูง อีกทั้งใช้คนคุม 2 – 3 คนก็พอ ในขณะที่อุปกรณ์ฟิสิกส์ เช่น LHC ราคาร่วมแสนล้านบาท ใช้คนเป็นพัน และมีขนาดใหญ่ประมาณภูเขา
เมื่ออายุ 43 ปี Rutherford ได้รับแต่งตั้งให้เป็น Sir และทำงานที่มหาวิทยาลัย Manchester 14 ปี จนอายุ 58 ปีพอดี J. J. Thomson เกษียณจากมหาวิทยาลัย Cambridge Rutherford จึงได้เข้าสวมตำแหน่ง ผู้อำนวยการห้องปฏิบัติการ Cavendish แทน
เมื่อทำงานบริหาร Rutherford ก็มีเวลาวิจัยน้อยลง แต่ก็พยายามหาเวลาแวะคุยกับศิษย์ ลูกศิษย์กว่าครึ่งมาจากต่างประเทศ และเมื่อคนเหล่านี้สำเร็จการศึกษาต่างก็ได้แยกย้ายกลับบ้านเกิดของตน ลูกศิษย์ 20 คน ได้รับรางวัลโนเบลในเวลาต่อมา 54 คน ได้เป็น Fellow of the Royal Society (F.R.S.) และ 10 คนได้เป็น Sir
ตัว Rutherford เป็นคนมีพลังในการทำงานมาก ชอบพูดโผงผางและสบถในบางครั้งโดยบอกว่า คำสบถจะทำให้ผลการทดลองดีขึ้น เขาไม่ฝักใฝ่การเมือง เวลาเขียนหนังสือชอบใช้ปากกาคอแร้ง ชอบใช้ดินสอ ชอบขับรถ และเล่นกอล์ฟเวลาว่าง ชอบสูบบุหรี่บ้าง เวลาตัดสินใจอะไรจะใช้เวลาน้อย และไม่เปลี่ยนใจอีก จนบางครั้งดูหยาบคาย แต่พออารมณ์เย็นลงก็จะขอโทษ บรรดาลูกศิษย์ที่ทำงานด้วยจะทำงานอย่างทุ่มเทชีวิต เวลาได้ทุนวิจัยก็ใช้เงินส่วนหนึ่งสนับสนุนศิษย์ เช่น Niels Bohr ให้เดินทางมาทำงานที่ Manchester
นอกจากมีบ้านที่ Cambridge แล้ว Rutherford ยังมีบ้านที่ Snowdonnia และที่ Hamshire ด้วย บ้านมีสวน ห้องทำงานมีหนังสือฟิสิกส์มากมาย
เมื่ออายุ 50 ปี Rutherford ได้รับแต่งตั้งให้เป็นศาสตราจารย์แห่ง Royal Institution พออายุ 51 ปี ก็ได้รับเหรียญ Copley Medal ของ Royal Society และอีก 3 ปีต่อมา ได้รับโปรดเกล้าฯ ให้ครองตำแหน่ง Order of Merit (O.M.) ซึ่งเป็นเกียรติสูงสุดที่อังกฤษ จะให้แก่ประชาชนของตน และเป็น Baron Rutherford of Nelson ตามชื่อเมืองที่เกิด รวมถึงได้เป็นประธานของสมาคม British Association ด้วย
ในช่วงที่มีอายุ 56 – 61 ปี Rutherford ได้รับเลือกให้เป็นนายกของสมาคม Royal Society และเป็นท่าน Lord เมื่ออายุ 60 ปี (อ่านต่อวันศุกร์หน้า)
สุทัศน์ ยกส้าน เมธีวิจัยอาวุโส สกว.
