中学・高校で習う原子は、陽子と中性子からなる原子核と、そのまわりを回る電子で構成されていますが、この姿はラザフォードの研究に端を発します。彼はウランやラジウムが時間とともにアルファ線とベータ線を放出しながら別の元素に変わる過程を詳しく追跡しました。“崩壊”速度を測ることで半減期という概念を導入し、放射性元素の年代測定や核エネルギー研究の基礎を築きました。また、アルファ粒子がヘリウムの原子核であることを示し、放射線の正体を突き止めました。これらの成果は医療用放射線治療、考古学の年代測定、原子力発電など社会を支える多様な技術につながっています。当時は元素そのものが変わるという考えは斬新で、科学の境界を大きく広げました。だからこそ彼は化学賞として表彰され、物理学にも化学にも深い影響を与えたのです。

ラザフォードはケンブリッジ大学キャヴェンディッシュ研究所で、アルファ線とベータ線を電場・磁場で分離し電荷と質量比を決定しました。アルファ線の吸収実験から粒子の飛程と物質中のエネルギー損失の関係を求め、放射線測定の定量手法を確立しました。共同研究者ソディとともに“原子の崩壊系列”を提案し、指数関数的減衰式 N(t)=N0e^(-λt) を導出して半減期 T1/2=ln2/λ を定義しました。1908年にはアルファ粒子が二価のヘリウム原子核であることを化学的手法で証明し、放射線の実体を確定しました。1919年には窒素にアルファ粒子を衝突させ酸素と陽子を生成する核変換反応 N(α,p)O を観測し、人為的な元素転換を初めて実現しました。これらの実験は核化学と核物理の境界をなくし、測定技術・理論モデルの双方に新しいスタンダードを打ち立てました。現代の核医学、放射線計測、高エネルギー検出器技術は、ラザフォードの手法を源流としています。

ラザフォードはThXおよびRaF崩壊系列をα, β, γ放出の連鎖として位置づけ、化学的分離と吸収曲線解析により各壊変エネルギーを定量した。Bragg–Kleeman則の検証を通じてα粒子の飛程-エネルギー経験式 R=kE^{3/2} を構築し、後のBethe式の基礎を築いた。He発生量を容積分析で測定しα粒子=He^{2+} 仮説を化学的に実証、電離箱の較正にも利用した。1919年の N(α,p)O 反応では顕微鏡下シンチレーション計数により散乱角分布と断面積を決定し、外部ビーム以前の核反応解析手法を確立した。電離箱・比例計数管の設計改良で高線量率環境下の電流安定性を向上させ、原子番号再定義と質量欠損概念の導入を促進した。彼の“原子崩壊律”は現在もIAEA放射能データベースの基礎式として引用されている。