В годы работы Резерфорда в Кавендишской лаборатории в мире науки произошли удивительнейшие открытия. Томсон приходил к мысли о существование электрона и охотится за этим неуловимым волшебником в своей лаборатории. В немецком городе Вюрцбурге профессор Вильгельм Рентген открывает невидимые лучи, проходящие через предметы, «непрозрачные» для обычных лучей. Профессор Парижской политехнической школы Анри Беккерель открывает невидимые лучи, испускаемые ураном. Найденное явление было названо радиоактивностью.

Томсон поручает Резерфорду исследовать электрический разряд в газах, надеясь в этом явлении обнаружить электрон. Молодой физик старательно выполняет работу и открывает наличие в газах тока насыщения. Но Резерфорда увлекают новые лучи. Он интуитивно чувствует, что в этих лучах заложены доказательства правильности идей, которые интересовали его в студенческие годы. Он проводит экспериментальную работу по сравнению лучей Рентгена с лучами Беккереля и устанавливает, что лучи Беккереля отличаются от лучей Рентгена. Последние, обладают всеми физическими свойствами видимых лучей, но не воздействуют на зрение. Лучи же Беккереля резко отличаются по своим свойствам от видимых лучей. Резерфорд производит известный, ставший классическим опыт: он пропускает лучи Беккереля через мощное магнитное поле и обнаруживает, что они состоят из двух видов излучений. Он дает им названия: альфа-излучение и бета-излучение.

Возникает вопрос: почему уран излучает? У Резерфорда готов ответ: атом урана сложен и распадается. Но Резерфорд теперь уже не студент, а 26-летний ученый, работник всемирно известного научного учреждения. Он умеет сдерживать свои порывы; гипотеза о распаде атома урана требует подтверждения. Он горит желанием включиться в работу, но неожиданно получает приглашение занять должность профессора физики университета в далеком канадском городе Монреале.

У Резерфорда не было выбора. Его «премия» оканчивалась, и нужно было искать средства для существования. И Резерфорд едет в Монреаль. Здесь он работает 10 лет. Вся его последующая жизнь - это непрерывная научная работа. В течение первых 2-3 лет он налаживал физическую лабораторию и сделал ее одной из лучших в мире. В ней Резерфорд находился большую часть суток и произвел тысячи опытов. Идея Резерфорда о сложном составе атомов получала свое подтверждение. И он начинает поиски самых неопровержимых доказательств этой идеи. Последовательно проведя огромное количество экспериментов, ученый раскрывает все тайны альфа- и бета- лучей и постепенно выводит следующие закономерности:

1. Альфа - лучи имеют положительный, а бета - лучи - отрицательный электрический заряд.

2. Альфа - лучи поглощаются всеми веществами сильнее, чем бета - лучи.

3. Кроме урана, радия и тория, радиоактивны также эманация радия и эманация тория.

4. Альфа- лучи не являются электромагнитными волнами. Это особые физические частицы - альфа- частицы.

5. Альфа- частицы представляют собой не что иное, как атомы гелия.

6. Так как атомы гелия происходят от атомов урана, радия и тория, то атомы этих веществ являются сложными образованиями. Они распадаются на альфа- частицы, бета- частицы и атомный остаток.

7. Выбросив атом гелия, атом урана должен стать каким-то другим атомом; следовательно, при естественной радиоактивности происходит превращение одного элемента в другой.