L’image la plus instantanément reconnaissable d’un atome ressemble à un système solaire miniature, avec les trajectoires concentriques des électrons formant les orbites planétaires et le noyau au centre comme le soleil. En juillet 1913, le physicien danois Niels Bohr a publié le premier d’une série de trois articles présentant ce modèle de l’atome, qui est devenu simplement connu sous le nom d’atome de Bohr.

Bohr, l’un des pionniers de la théorie quantique, avait pris le modèle atomique présenté quelques années plus tôt par le physicien Ernest Rutherford et lui avait donné une tournure quantique.

Rutherford avait fait la découverte surprenante que la plupart de l’atome est un espace vide. La grande majorité de sa masse est située dans un noyau central chargé positivement, qui est 10 000 fois plus petit que l’atome lui-même. Ce noyau dense est entouré d’un essaim de minuscules électrons chargés négativement.

Bohr, qui a travaillé pendant une période clé en 1912 dans le laboratoire de Rutherford à Manchester au Royaume-Uni, s’est inquiété de quelques incohérences dans ce modèle. Selon les règles de la physique classique, les électrons finiraient par descendre en spirale dans le noyau, provoquant l’effondrement de l’atome. Le modèle de Rutherford ne rendait pas compte de la stabilité des atomes, Bohr s’est donc tourné vers le domaine naissant de la physique quantique, qui traite de l’échelle microscopique, pour trouver des réponses.

Bohr a suggéré qu’au lieu de bourdonner au hasard autour du noyau, les électrons habitent des orbites situées à une distance fixe du noyau. Dans cette image, chaque orbite est associée à une énergie particulière, et l’électron peut changer d’orbite en émettant ou en absorbant de l’énergie en morceaux discrets (appelés quanta). De cette façon, Bohr a pu expliquer le spectre de la lumière émise (ou absorbée) par l’hydrogène, le plus simple de tous les atomes.

Bohr a publié ces idées en 1913 et, au cours de la décennie suivante, a développé la théorie avec d’autres pour tenter d’expliquer des atomes plus complexes. En 1922, il a été récompensé par le prix Nobel de physique pour son travail.

Cependant, le modèle était trompeur à plusieurs égards et finalement destiné à l’échec. Le domaine en pleine maturation de la mécanique quantique a révélé qu’il était impossible de connaître simultanément la position et la vitesse d’un électron. Les orbites bien définies de Bohr ont été remplacées par des « nuages » de probabilité où un électron est susceptible de se trouver.

Mais le modèle a ouvert la voie à de nombreuses avancées scientifiques. Toutes les expériences qui étudient la structure atomique – y compris certaines au CERN, comme celles sur l’antihydrogène et d’autres atomes exotiques au Décélérateur d’antiprotons, et au Séparateur de masse d’isotopes en ligne ( ISOLDE) – peuvent remonter à la révolution de la théorie atomique que Rutherford et Bohr ont entamée il y a un siècle.

« Toute la physique atomique et subatomique s’est construite sur l’héritage de ces messieurs distingués », dit Peter Butler, de l’Université de Liverpool, qui travaille sur ISOLDE.