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Su experimento consistió, en primer lugar, en obtener un haz de partículas alfa de una fuente con polonio, el cual se desintegra fácilmente y por lo tanto pueden obtenerse las partículas alfa. Para obtener un rayo de dichas partículas, se colocó el polonio en una caja de plomo, el cual es un buen absorbente de partículas radioactivas. Esta caja de plomo deteniene todas las partículas, menos las que salen por el orificio.
Luego se colocaron láminas delgadas de metal en el recorrido de los rayos alfa, para poder observar cómo las láminas de metal afectan la trayectoria de dichos rayos. Según Thompson, las partículas tendrían poca posibilidad de desviarse, pero Rutherford observó que algunas partículas se desviaban hacia la fuente de polonio.
Rutherford concluyó que el hecho de que la mayoría de las partículas atravesaran la hoja metálica, indica que gran parte del átomo está vacío y que la desviación de las partículas alfa, indica que el deflector y las partículas poseen una carga igualmente positiva, pues la desviación siempre es dispersa. El rebote de las partículas indica un encuentro directo con una zona fuertemene positiva del átomo y a la vez muy densa de la masa.