Lo scopo dell'esperimento era di trovare prove a favore della teoria secondo cui gli atomi sono sfere permeabili neutre. Ci si aspettava che le particelle alfa, dotate di alta energia, non avessero problemi a sfrecciare attraversando qualche atomo. Le particelle alfa avrebbero dovuto semplicemente passare dritte attraverso la lamina d'oro e lasciare delle tracce in una piccola regione dello schermo posto dietro la lamina.

In realtà, lo schermo mostrava tracce nella parte dietro la lamina, ma, con grande sopresa di tutti, ne mostrava alcune anche nella parte di fronte alla lamina.

Che cosa poteva significare?