Najbardziej natychmiast rozpoznawalny obraz atomu przypomina miniaturowy układ słoneczny z koncentrycznymi ścieżkami elektronów tworzącymi orbity planet i jądrem w centrum jak słońce. W lipcu 1913 roku, duński fizyk Niels Bohr opublikował pierwszą z serii trzech prac przedstawiających ten model atomu, który stał się znany po prostu jako atom Bohra.

Bohr, jeden z pionierów teorii kwantowej, wziął model atomu przedstawiony kilka lat wcześniej przez fizyka Ernesta Rutherforda i nadał mu kwantowy zwrot.

Rutherford dokonał zaskakującego odkrycia, że większość atomu to pusta przestrzeń. Ogromna większość jego masy znajduje się w dodatnio naładowanym jądrze centralnym, które jest 10 000 razy mniejsze od samego atomu. Gęste jądro jest otoczone przez rój maleńkich, ujemnie naładowanych elektronów.

Bohr, który pracował przez kluczowy okres w 1912 roku w laboratorium Rutherforda w Manchesterze w Wielkiej Brytanii, był zaniepokojony kilkoma niespójnościami w tym modelu. Zgodnie z regułami fizyki klasycznej, elektrony w końcu spiralowałyby w dół do jądra, powodując rozpad atomu. Model Rutherforda nie uwzględniał stabilności atomów, więc Bohr zwrócił się do rozwijającej się dziedziny fizyki kwantowej, która zajmuje się skalą mikroskopową, w poszukiwaniu odpowiedzi.

Bohr zasugerował, że elektrony, zamiast brzęczeć losowo wokół jądra, zamieszkują orbity położone w stałej odległości od jądra. W tym ujęciu każda orbita związana jest z określoną energią, a elektron może zmieniać orbitę emitując lub absorbując energię w dyskretnych porcjach (zwanych kwantami). W ten sposób Bohr był w stanie wyjaśnić widmo światła emitowanego (lub pochłanianego) przez wodór, najprostszy ze wszystkich atomów.

Bohr opublikował te idee w 1913 roku i przez następną dekadę rozwijał teorię z innymi, aby spróbować wyjaśnić bardziej złożone atomy. W 1922 r. otrzymał nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za swoją pracę.

Jednakże model ten był mylący na kilka sposobów i ostatecznie skazany na niepowodzenie. Dojrzewająca dziedzina mechaniki kwantowej ujawniła, że niemożliwe jest jednoczesne poznanie położenia i prędkości elektronu. Dobrze zdefiniowane orbity Bohra zostały zastąpione „chmurami” prawdopodobieństwa, gdzie elektron może się znaleźć.

Ale model utorował drogę dla wielu postępów naukowych. Wszystkie eksperymenty badające strukturę atomu – w tym niektóre w CERN-ie, takie jak te dotyczące anty-wodoru i innych egzotycznych atomów w Antiproton Decelerator oraz w On-Line Isotope Mass Separator (ISOLDE) – mogą być prześledzone wstecz do rewolucji w teorii atomowej, którą Rutherford i Bohr rozpoczęli sto lat temu.

„Cała fizyka atomowa i subatomowa została zbudowana na spuściźnie tych wybitnych dżentelmenów”, mówi Peter Butler z Uniwersytetu w Liverpoolu, który pracuje nad ISOLDE.