Das am ehesten erkennbare Bild eines Atoms ähnelt einem Miniatur-Sonnensystem mit den konzentrischen Elektronenbahnen, die die Planetenbahnen bilden, und dem Kern im Zentrum wie die Sonne. Im Juli 1913 veröffentlichte der dänische Physiker Niels Bohr die erste einer Reihe von drei Abhandlungen, in denen er dieses Atommodell vorstellte, das einfach als Bohr-Atom bekannt wurde.

Bohr, einer der Pioniere der Quantentheorie, hatte das Atommodell, das einige Jahre zuvor von dem Physiker Ernest Rutherford vorgestellt worden war, aufgegriffen und ihm eine quantenmechanische Wendung gegeben.

Rutherford hatte die verblüffende Entdeckung gemacht, dass der größte Teil des Atoms leerer Raum ist. Der überwiegende Teil seiner Masse befindet sich in einem positiv geladenen zentralen Kern, der 10.000 Mal kleiner ist als das Atom selbst. Der dichte Kern ist von einem Schwarm winziger, negativ geladener Elektronen umgeben.

Bohr, der 1912 für eine entscheidende Zeit in Rutherfords Labor im britischen Manchester arbeitete, war über einige Ungereimtheiten in diesem Modell besorgt. Nach den Regeln der klassischen Physik würden die Elektronen schließlich spiralförmig in den Kern hinabstürzen und das Atom zum Kollaps bringen. Da Rutherfords Modell die Stabilität der Atome nicht erklären konnte, wandte sich Bohr auf der Suche nach Antworten an die aufkeimende Quantenphysik, die sich mit der mikroskopischen Skala befasst.

Bohr schlug vor, dass die Elektronen nicht wahllos um den Kern herumschwirren, sondern sich auf Bahnen befinden, die einen festen Abstand zum Kern haben. In diesem Bild ist jede Umlaufbahn mit einer bestimmten Energie verbunden, und das Elektron kann die Umlaufbahn wechseln, indem es Energie in diskreten Paketen (Quanten genannt) abgibt oder aufnimmt. Auf diese Weise konnte Bohr das Spektrum des von Wasserstoff, dem einfachsten aller Atome, emittierten (oder absorbierten) Lichts erklären.

Bohr veröffentlichte diese Ideen 1913 und entwickelte die Theorie im Laufe des nächsten Jahrzehnts zusammen mit anderen weiter, um komplexere Atome zu erklären. Im Jahr 1922 wurde er für seine Arbeit mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.

Das Modell war jedoch in mehrfacher Hinsicht irreführend und letztlich zum Scheitern verurteilt. Die sich entwickelnde Quantenmechanik zeigte, dass es unmöglich war, die Position und die Geschwindigkeit eines Elektrons gleichzeitig zu kennen. Bohrs wohldefinierte Bahnen wurden durch „Wahrscheinlichkeitswolken“ ersetzt, in denen sich ein Elektron wahrscheinlich befindet.

Aber das Modell ebnete den Weg für viele wissenschaftliche Fortschritte. Alle Experimente zur Untersuchung der Atomstruktur – einschließlich einiger am CERN, wie die Experimente mit Antiwasserstoff und anderen exotischen Atomen am Antiprotonenbeschleuniger und am Online-Isotopen-Massenseparator (ISOLDE) – können auf die Revolution in der Atomtheorie zurückgeführt werden, die Rutherford und Bohr vor einem Jahrhundert begonnen haben.

„Die gesamte atomare und subatomare Physik baut auf dem Vermächtnis dieser herausragenden Herren auf“, sagt Peter Butler von der Universität Liverpool, der am ISOLDE arbeitet.