Резерфорд, однако, не был удовлетворен этой предварительной гипотезой. Интерпретация Марсдена не убедила его, поэтому он попросил позволения продолжить его эксперименты. После некоторого усовершенствования экспериментальной системы Резерфорд повторил бомбардировку газа азота альфа-частицами и смог убедиться, что экран мерцал под воздействием не- идентифицированных частиц. Он понял, что это не новый вид излучения, а ядра водорода (имеющие положительный заряд). Таким образом, гипотеза Марсдена была ошибочной, но открытие требовало понимания происхождения данной эманации. Все сошлось, просто и очень гармонично, когда выяснилось, что эманация исходила от самого ядра атома азота. В ходе данного процесса атомы азота одновременно трансмутировали в кислород. На его глазах происходил необычный, хотя и довольно малоэффективный пируэт: только одна из 300 тысяч альфа-частиц превращала азот в кислород. В любом случае речь шла о значительном количестве, в связи с низкой плотностью атомов азота, поскольку азот был в газообразном состоянии.
Эрнест сделал вывод, что альфа-частицы сталкивались и поглощались ядром азота. В результате ядро становилось нестабильным, поэтому некая частица должна была испускаться ядром, для того чтобы стабилизировать его. Этими частицами, вылетающими из ядра и имеющими положительный заряд и характеристики, идентичные ядру водорода, были те, которые сегодня называют протонами. Впервые в истории удалось идентифицировать частицы, составляющие ядро. Наименование "протон" было официально утверждено в 1920 году.
Протоны идентифицируют атом, электроны персонифицируют его.
Билл Брайсон (р. 1951), британский писатель
Если окинуть взглядом периодическую таблицу, мы увидим, что кислород и водород находятся в смежных ячейках.
Можно сказать, их разница заключается в одном-единствен- ном протоне. Сегодня расчеты в эксперименте Резерфорда можно представить так: вначале к азоту добавлялись два протона от альфа-частиц, а затем отнимался тот, который сразу же испускался. Не более чем простая вычислительная операция, но чтобы сделать этот вывод, требовалось глубинное понимание материи. Резерфорд применил свой обычный метод к разработке и выполнению экспериментов, так что их интерпретация была окончательна и однозначна, он сумел подтвердить некоторые свои догадки относительно атомов. Итак, впервые удалось идентифицировать положительный заряд атомов с помощью протонов. Число протонов в ядре атома определяет тип элемента, к которому относится атом (увеличение или уменьшение этого числа меняет природу данного элемента). Все это также означало, что удалось извлечь содержимое ядра, пусть пока был отделен лишь мельчайший его фрагмент. Результат достигался искусственным путем с помощью бомбардировки альфа-снарядами. То есть впервые в истории трансмутация элементов была выполнена искусственным путем.
В декабре 1917 года Резерфорд писал Бору, сообщая об этих новых открытиях:
"Я получил результаты, которые, думаю, должны иметь большую важность. Я обнаружил и сосчитал самые легкие атомы, двигающиеся под воздействием альфа-частиц. Результаты проливают свет на характер и распределение ближайших к ядру сил [...].
С помощью такого метода я пытаюсь рассечь атом... Мои наилучшие пожелания и поздравления с наступающим Рождеством".
Ближайшие сотрудники Резерфорда уже знали о его открытии, но чтобы донести новость до научного сообщества, требовалось дождаться окончания запрета на публикации. Запрет распространялся на срок всего вооруженного конфликта, чтобы результатами исследований не воспользовался противник. Резерфорд опубликовал серию статей в престижном научном английском журнале Philosophical Magazine. В заключение статьи "Столкновения альфа-частиц с легкими атомами" говорилось следующее:
"Принимая во внимание полученные к настоящему моменту результаты, нельзя не прийти к выводу, что большая часть атомов, возникающих при столкновении альфа-частиц с азотом, являются не атомами азота, а, скорее, атомами водорода [...]. Если это справедливо, нам следует заключить, что под действием сил от ближайшего столкновения с быстрой альфа-частицей атом азота распадается и высвобождается атом водорода, являющийся составной частью азота".