L’immagine più immediatamente riconoscibile di un atomo assomiglia a un sistema solare in miniatura con i percorsi concentrici degli elettroni che formano le orbite planetarie e il nucleo al centro come il sole. Nel luglio del 1913, il fisico danese Niels Bohr pubblicò il primo di una serie di tre articoli che introducevano questo modello di atomo, che divenne noto semplicemente come l’atomo di Bohr.

Bohr, uno dei pionieri della teoria dei quanti, aveva preso il modello atomico presentato qualche anno prima dal fisico Ernest Rutherford e gli aveva dato una svolta quantistica.

Rutherford aveva fatto la sorprendente scoperta che la maggior parte dell’atomo è spazio vuoto. La maggior parte della sua massa si trova in un nucleo centrale caricato positivamente, che è 10.000 volte più piccolo dell’atomo stesso. Il nucleo denso è circondato da uno sciame di minuscoli elettroni caricati negativamente.

Bohr, che ha lavorato per un periodo chiave nel 1912 nel laboratorio di Rutherford a Manchester nel Regno Unito, era preoccupato per alcune incongruenze in questo modello. Secondo le regole della fisica classica, gli elettroni alla fine sarebbero scesi a spirale nel nucleo, facendo collassare l’atomo. Il modello di Rutherford non rendeva conto della stabilità degli atomi, così Bohr si rivolse al fiorente campo della fisica quantistica, che si occupa della scala microscopica, in cerca di risposte.

Bohr suggerì che invece di ronzare a caso intorno al nucleo, gli elettroni abitano orbite situate a una distanza fissa dal nucleo. In questa immagine, ogni orbita è associata ad una particolare energia, e l’elettrone può cambiare orbita emettendo o assorbendo energia in pezzi discreti (chiamati quanti). In questo modo, Bohr fu in grado di spiegare lo spettro della luce emessa (o assorbita) dall’idrogeno, il più semplice di tutti gli atomi.

Bohr pubblicò queste idee nel 1913 e nel decennio successivo sviluppò la teoria con altri per cercare di spiegare atomi più complessi. Nel 1922 fu premiato con il premio Nobel per la fisica per il suo lavoro.

Tuttavia, il modello era fuorviante in diversi modi e alla fine era destinato al fallimento. Il campo di maturazione della meccanica quantistica rivelò che era impossibile conoscere contemporaneamente la posizione e la velocità di un elettrone. Le orbite ben definite di Bohr furono sostituite da “nuvole” di probabilità in cui è probabile che un elettrone si trovi.

Ma il modello ha aperto la strada a molti progressi scientifici. Tutti gli esperimenti che indagano la struttura atomica – compresi alcuni al CERN, come quelli sull’antiidrogeno e altri atomi esotici all’Antiproton Decelerator, e all’On-Line Isotope Mass Separator ( ISOLDE) – possono essere ricondotti alla rivoluzione nella teoria atomica che Rutherford e Bohr iniziarono un secolo fa.

“Tutta la fisica atomica e subatomica ha costruito sull’eredità di questi illustri signori”, dice Peter Butler dell’Università di Liverpool che lavora su ISOLDE.