Physique quantique: L’atome quantique
ILLUSTRATION: THOMAS POROSTOCKY
Juillet 1913 a vu le physicien danois Niels Bohr publier le premier de trois articles exposant une nouvelle vision radicale de l’atome nucléaire. Son idée — un noyau chargé positivement entouré d’électrons sur des orbites d’énergies discrètes – expliquait les fréquences de la lumière émise par l’hydrogène lorsque les électrons faisaient des sauts entre les orbites. Les règles quantiques déterminaient les énergies des électrons, empêchant les instabilités qui avaient affecté les modèles mécaniques précédents des atomes.
Ce numéro spécial de Nature explore l’origine et l’héritage de l’atome quantique de Bohr, un modèle qui a résonné depuis. En 1911, Bohr a commencé une année postdoctorale en Angleterre qui a semé les graines de sa pensée. Dans un commentaire à la page 27, l’historien John Heilbron raconte comment des lettres de Bohr à son frère Harald et à sa fiancée, Margrethe Nørlund, publiées cette année, illustrent le travail du physicien intrépide avec J. J. Thomson et Ernest Rutherford, et son étude des papiers de John William Nicholson, qui laissait présager sa percée.
La nature kaléidoscopique de l’électron est mise en lumière par le physicien Frank Wilczek dans un deuxième Commentaire (page 31). Pour la plupart des fins pratiques, les électrons se comportent comme de simples particules ponctuelles — mais à haute énergie, ils révèlent leurs constituants dans des pluies de quarks, de gluons et de neutrinos. Les physiciens s’efforcent toujours de comprendre les manifestations déroutantes des électrons tels que les états couplés dans les supraconducteurs et les fragments à charges fractionnaires.
D’autres chercheurs testent les limites du modèle de Bohr en utilisant, par exemple, de puissants lasers à rayons X pour éliminer les électrons internes et créer des atomes « creux ». Un article d’actualité explore ces atomes extrêmes et d’autres, y compris les formes géantes, surchauffées et d’antimatière (page 22). De telles explorations peuvent atteindre les limites de la taille atomique et nucléaire, comme le discutent deux physiciens dans un forum de Nouvelles et de vues à la page 40. Follement courageux et à l’aise avec l’ambiguïté, même Bohr aurait eu du mal à anticiper les impacts de sa vision.