1898年9月卢瑟福牢记师嘱，横渡大西洋到加拿大走马上任。
他到加拿大之后讲了半年课，仅利用假期回新西兰结了婚。当他带着妻子返回学校时，高兴地发现蒙特利尔实验室来了一位新工作人员，叫索迪。他是这里唯一年龄比卢瑟福小的助手，化学知识却极为丰富，这正弥补了作为物理学家的卢瑟福在化学知识方面的不足。教授和学生，一个30岁，一个23岁，但是卢瑟福谨记汤姆孙的教诲，与索迪密切合作，他们在一起只有两年时间，但成果惊人，这种师生的亲密关系和工作效率在科学史上是极少见的。
索迪还是从研究物质的放射性入手，他很快从钍中分离出一种神秘物质，它与钍只有原子量不同，其他方面都相同。聪明的索迪立即把这种除质量不同、其他方面都相同，在元素周期表中占同一位置的元素叫了一个新名字——同位素。
比如钍，便有钍-232、钍-228，而碳的同位素就更多，从碳-10一直到碳-14。同位素不同在放射性方面也有差异，如铀的同位素，有的放出α粒子，有的放出β粒子，这样对原子内部的秘密探讨得就更细一步了。原来这些肉眼看不到的原子，就是在悄悄地放出不同的粒子而起变化的啊。
这时卢瑟福又想起在剑桥时就遇到的一个老问题，α粒子从所具有的电量和质量来看像一种已知元素——氦。现在有索迪帮忙，他们立即来验证这件事。他们将少量的镭盐放进一个小玻璃管内，外面再套上一个大玻璃管，两管壁间密封并抽成真空。几天之后，他们将内外管之间的气体抽出来用光谱分析法一化验，果然千真万确，就是氦。这只能有一种解释，是镭放射出的α粒子穿过内管的薄壁进入两层管子之间，看来α射线就是氦流。那么，镭放出α射线后剩下的又是什么物质呢？再一细查，又是一种已知元素——氡。难怪当时居里夫人在寻找镭时总发现它和氡在一起，其实是镭在不断地产生着氡。它们的变化用一个简单的式子来表示就是：
原子序数为88、质量数为226的镭经过自发放射，变成了原子序数为86、质量数为222的氡和原子序数为2、质量数为4的氦，还伴有电荷数和静止质量都为0的γ射线。以往的化学都是讨论酸呀、碱呀、盐呀等物质之间的分解、化合，而卢瑟福和索迪现在一下就钻入原子壳内去写他们的反应式了。卢瑟福宣布“放射性既是原子现象又是产生新物质的化学变化的伴随物”。化学与物理殊途同归了。
一种元素转变成另一种元素的放射性现象叫作“衰变”或“蜕变”，当物质的放射性减少到一半时所用的时间叫“半衰期”。半衰期有长有短，铀的半衰期是45亿年，镭的半衰期是1560年，而有的物质半衰期还不到一秒钟。你看，原子就是这样以无法控制的力量进行衰变，它不断地“爆炸”，飞出自己的碎片——α、β粒子，还释放出以γ射线出现的其他能量。只β粒子的速度就可达光速的一半，一个小小的原子里含有多大的能量啊！卢瑟福立即发现了一个新的世界，其意义就如哥伦布发现新大陆，牛顿发现了宇宙。一时间卢瑟福成了人们议论的中心，连居里夫人也呼吁物理界的同行们要注意卢瑟福的研究。
1907年10月，卢瑟福重返英国到曼彻斯特大学任教，他的学生们又从世界各地追随而来，他的荣誉越多却越谦虚谨慎。卢瑟福本来就身体结实，又因为从小在农村长大，所以他除了紧张的科学实验外，还自己收拾了一个大花园，种草植树，亲自挖土施肥。他也常在广场上的小咖啡馆里和进城的农民边喝咖啡边聊起今年的收成，讲得非常内行。可是有时他碰到合适的对手，又会突然谈起高深的原子物理。一次，一个记者向咖啡馆的老板打听道：“这个农民是谁？”老板告诉他：“这就是卢瑟福。”那个记者惊得半天说不出话来。
再说那个刚来英国时被人称为“野兔子”，现在又被人当成“农民”的卢瑟福，这天正在实验室里安心工作，他的学生罗兹突然跑进来喊道：“快看，瑞典寄来的邮件！”
卢瑟福接过一看，是颁发诺贝尔奖的通知书。实验室立即沸腾起来，学生们都围上来激动地祝贺、欢呼。
可是当卢瑟福打开信细读时不由得大笑起来：“你们看，他们给我发的是化学奖，这真是太妙了。我这一生研究了许多变化，但是最大的变化是这一次，我从一个物理学家变成了一个化学家。”
正是：
海军也有陆战队，空军不能无伞兵。
科学本是总体战，物理化学不可分。
却说卢瑟福收到颁发诺贝尔奖的通知，大家正闹哄哄地议论如何去领奖，卢瑟福却说：“这奖金放在那里总是跑不掉的。现在要紧的是要抓紧实验，我们已经发现了原子内的这许多小东西，它们在原子内到底该怎样摆布呢？”
究竟卢瑟福说出一个什么样的原子结构，且听下回分解。