Het meest direct herkenbare beeld van een atoom lijkt op een miniatuur zonnestelsel met de concentrische elektronenbanen die de planetaire banen vormen en de kern in het centrum als de zon. In juli 1913 publiceerde de Deense natuurkundige Niels Bohr het eerste van een serie van drie artikelen waarin hij dit atoommodel introduceerde, dat eenvoudig bekend werd als het Bohr-atoom.

Bohr, een van de pioniers van de kwantumtheorie, had het atoommodel dat een paar jaar eerder door de natuurkundige Ernest Rutherford was gepresenteerd, genomen en er een kwantumdraai aan gegeven.

Rutherford had de opzienbarende ontdekking gedaan dat het atoom voor het grootste deel uit lege ruimte bestaat. Het overgrote deel van zijn massa bevindt zich in een positief geladen centrale kern, die 10.000 keer kleiner is dan het atoom zelf. De dichte kern wordt omringd door een zwerm minuscule, negatief geladen elektronen.

Bohr, die in 1912 een sleutelperiode in Rutherfords laboratorium in Manchester in het Verenigd Koninkrijk werkte, maakte zich zorgen over een paar inconsistenties in dit model. Volgens de regels van de klassieke natuurkunde zouden de elektronen uiteindelijk in een spiraal naar beneden in de kern terechtkomen, waardoor het atoom in elkaar zou storten. Rutherford’s model hield geen rekening met de stabiliteit van atomen, dus wendde Bohr zich tot het ontluikende gebied van de kwantumfysica, dat zich bezighoudt met de microscopische schaal, voor antwoorden.

Bohr stelde voor dat in plaats van willekeurig rond de kern te zoemen, elektronen banen bewonen die op een vaste afstand van de kern zijn gesitueerd. In dit beeld wordt elke baan geassocieerd met een bepaalde energie, en het elektron kan van baan veranderen door energie uit te zenden of te absorberen in discrete brokjes (quanta genoemd). Op deze manier kon Bohr het spectrum verklaren van het licht dat wordt uitgezonden (of geabsorbeerd) door waterstof, het eenvoudigste van alle atomen.

Bohr publiceerde deze ideeën in 1913 en in het volgende decennium ontwikkelde hij de theorie samen met anderen om te proberen complexere atomen te verklaren. In 1922 kreeg hij voor zijn werk de Nobelprijs voor de natuurkunde.

Het model was echter in verschillende opzichten misleidend en uiteindelijk gedoemd te mislukken. De ontwikkeling van de kwantummechanica toonde aan dat het onmogelijk was om de positie en de snelheid van een elektron tegelijkertijd te kennen. Bohr’s goed gedefinieerde banen werden vervangen door waarschijnlijkheids-“wolken” waar een elektron zich waarschijnlijk zal bevinden.

Maar het model maakte de weg vrij voor veel wetenschappelijke vooruitgang. Alle experimenten waarbij de atoomstructuur wordt onderzocht – ook die bij CERN, zoals die met antihydrogeen en andere exotische atomen bij de Antiproton-decelerator, en bij de On-Line Isotope Mass Separator ( ISOLDE) – zijn terug te voeren op de revolutie in de atoomtheorie die Rutherford en Bohr een eeuw geleden begonnen.

“De hele atoom- en subatomaire fysica heeft voortgebouwd op de erfenis van deze eminente heren,” zegt Peter Butler van de universiteit van Liverpool, die aan ISOLDE werkt.