Röntgenikiirte ja elektroni avastamine 19.sajandi lõpuaastatel oli kahtlemata pöördepunkt teadusliku maailmapildi arengus. Mõnekümne aastaga saadi vastused küsimustele, mida enne ei osatud küsidagi: valguse ja teiste kiirguste olemus, elektrivoolu ja magnetismi toimemehhanism, aatomite elektronstruktuur ja selle seos keemiliste omadustega; kvanthüpoteesist jõuti kvantmehaanikani. Samal ajal avastatud radioaktiivsuse uurimine viis mitte vähem revolutsiooniliste muutusteni teaduses ja ühiskonnas. Nii nagu fotoefekti teooria ei saanud tekkida enne elektroni avastamist ja kvanthüpoteesi, ei saanud ka radioaktiivsuse saladus laheneda enne aatomituuma avastamist.

Tuumafüüsika sünd on seotud Ernest Rutherfordi töödega, eelkõige maailmakuulsa kuldlehe eksperimendi (joonised 2.5.1., 2.5.2.) ja aatomituuma avastamisega. Rutherfordi juhtimisel uuriti Victoria ülikoolis Manchesteris, kuidas raadiumist kiirguvad α-osakesed läbivad erinevaid aineid. Radioaktiivse kiirguse liigid, α- ja β-kiired ning vastavad osakesed oli ta ise varem avastanud ja nimetanud. Otsustava eksperimendi tegid Rutherfordi juhtimisel Hans Geiger ja Ernest Marsden 1910. aastal. Rutherford esitas eksperimendi tulemused ja oma aatomimudeli 1911. aastal. Uue mudeli järgi tiirlesid elektronid suure massiga ülipisikese positiivse kesklaengu ümber. Kaasaegsest mudelist oli veel päris palju puudu, näiteks ei tuntud neutraalset tuumaosakest, neutronit, ka elektronide orbiitidega oli veel paljugi lahtine, aga tuumafüüsika oli sellega sündinud.

Joonis 2.5.1. Rutherfordi hajumine. Üliõhukest, umbes 400 aatomi paksust kuldlehte läbivad α-osakesed kohtuvad oma teel aatomitega. Thomsoni rosinakukli mudeli [bookx=1610](ptk Aatomimudelite arengust 20. sajandil)[/bookx] järgi pidanuks aatomis hajusalt paiknevad laengud üsna rakseid ja kiireid α-osakesi otseteelt kõrvale kallutama mõne kraadi võrra. Eksperimendi käigus selgus, et α-osakeste hajumine on hoopis suurem, väike osa neist põrkub aatomitelt isegi tagasi. Analüüs näitas, et aatomi mass ja laeng peavad olema väga tihedalt koondunud. Kesklaengu mõõtmeteks arvutati mitte üle 10-13 meetri.

Joonis 2.5.2. Täiustatud seade kuldlehe eksperimendiks. Pisikeses kambris (1) on raadiumitükike (2), millest väljuvad α-osakesed läbivad kitsa ava. Moodustub kiir, mis läbib õhukese kuldlehe (3). Pööratav mikroskoop (5) võimaldab vaadelda erinevate nurkade all hajunud α-osakeste stsintillatsioone (pisikesi valgussähvatusi) tsinksulfiidiga kaetud ekraanil (4). Nõrkade sähvatuste lugemiseks peab eksperimentaatori silm olema pimedusega täielikult harjunud, st vähemalt pool tundi enne mõõtmise algust peab veetma täielikus pimeduses. Minutise vaatluse järel on vaja silmi puhata ja üle 90 osakese minutis ei jõua keegi eraldada. Katsete käigus loeti kümneid tuhandeid osakesi.