Quantum physics: The quantum atom
illustratie: THOMAS POROSTOCKY
in juli 1913 publiceerde de Deense natuurkundige Niels Bohr het eerste van drie artikelen waarin een radicaal nieuwe kijk op het atoom wordt gegeven. Zijn idee — een positief geladen kern geringd door elektronen in banen van discrete energieën-verklaarde de frequenties van licht uitgezonden door waterstof als elektronen maakte sprongen tussen banen. Kwantumregels bepaalden de energie van de elektronen, waardoor de instabiliteiten die eerdere mechanische modellen van atomen hadden geteisterd, werden voorkomen.
Dit speciale nummer van Nature verkent de oorsprong en erfenis van Bohr ‘ s kwantumatoom, een model dat sindsdien resoneert. In 1911, Bohr begon een postdoctoraal jaar in Engeland dat de zaden van zijn denken geplant. In een commentaar op pagina 27 vertelt historicus John Heilbron hoe brieven van Bohr aan zijn broer Harald en aan zijn verloofde, Margrethe Nørlund, gepubliceerd dit jaar, het werk van de onverschrokken natuurkundige in kaart brengen met J. J. Thomson en Ernest Rutherford, en zijn studie van de papieren van John William Nicholson, die zijn doorbraak voorspelde.
de caleidoscopische aard van het elektron wordt belicht door de natuurkundige Frank Wilczek in een tweede commentaar (blz.31). Voor de meeste praktische doeleinden gedragen elektronen zich als eenvoudige puntdeeltjes — maar bij hoge energieën onthullen ze hun bestanddelen in Douches van quarks, gluonen en neutrino ‘ s. Natuurkundigen proberen nog steeds raadselachtige manifestaties van elektronen te begrijpen, zoals gekoppelde toestanden in supergeleiders en fragmenten met fractionele ladingen.
andere onderzoekers testen de grenzen van het Bohr-model door bijvoorbeeld krachtige Röntgenlasers te gebruiken om inwendige elektronen weg te blazen en ‘holle’ atomen te creëren. Een nieuwsartikel verkent deze en andere extreme atomen, waaronder gigantische, superzware en antimaterievormen (pagina 22). Dergelijke exploraties kunnen grenzen raken aan atomaire en nucleaire grootte, zoals twee natuurkundigen bespreken in een nieuws en Views Forum op pagina 40. Wild moedig en op hun gemak met dubbelzinnigheid, zelfs Bohr zou hebben geworsteld om de gevolgen van zijn visie te anticiperen.