Quantum physics: quantum atom
ILLUSTRATION: THOMAS POROSTOCKY
juli 1913 såg den danska fysikern Niels Bohr publicera den första av tre artiklar som beskriver en radikal ny syn på kärnatomen. Hans ide — en positivt laddad kärna ringad av elektroner i banor av diskreta energier — förklarade frekvenserna av ljus som emitterades av väte när elektroner gjorde språng mellan banor. Kvantregler bestämde elektronernas energier och förhindrade instabiliteterna som hade plågat tidigare mekaniska modeller av atomer.
denna specialutgåva av naturen utforskar ursprunget och arvet från Bohrs kvantatom, en modell som har resonerat sedan dess. År 1911 började Bohr ett postdoktoralt år i England som planterade frön av hans tänkande. I en kommentar på sidan 27 berättar historikern John Heilbron om hur brev från Bohr till sin bror Harald och till hans fästman portugale, Margrethe n Brasilirlund, som publicerades i år, kartlägger the dauntless physicists arbete med J. J. Thomson och Ernest Rutherford, och hans studie av papper av John William Nicholson, som förebådade hans genombrott.
elektronens kalejdoskopiska natur belyses av fysikern Frank Wilczek i en andra kommentar (sidan 31). För de flesta praktiska ändamål beter sig elektroner som enkla punktpartiklar-men vid höga energier avslöjar de sina beståndsdelar i duschar av kvarkar, gluoner och neutriner. Fysiker strävar fortfarande efter att förstå förbryllande manifestationer av elektroner som kopplade tillstånd i superledare och fragment med fraktionerade laddningar.
andra forskare testar gränserna för Bohr-modellen genom att till exempel använda kraftfulla Röntgenlasrar för att spränga bort inre elektroner och skapa ’ihåliga’ atomer. En nyhetsfunktion utforskar dessa och andra extrema atomer, inklusive jätte, superheavy och antimateria former (sidan 22). Sådana utforskningar kan träffa gränser för atom-och kärnstorlek, som två fysiker diskuterar i ett News and Views-Forum på sidan 40. Vilt modig och tillfreds med tvetydighet, även Bohr skulle ha kämpat för att förutse effekterna av hans vision.