De l'atome au noyau


Où l'atome révèle sa structure interne ... (4/9)

Les imperfections du modèle planétaire d'Ernest Rutherford nécessitaient-elles son abandon définitif ou la révision des lois de l'électrodynamique classique ? "A cause de la stabilité de la matière, la physique newtonienne ne peut pas ètre correcte à l'intérieur de l'atome ; tout au plus peut-elle former un point de départ. Et, pour la mème raison, il ne peut pas y avoir une description visuelle de la structure de l'atome, car une telle description - parce que visuelle, précisément -, devrait se servir des concepts de la physique classique, concepts qui ne permettent plus de saisir les phénomènes", répondit Niels Bohr (1885-1962), en 1922 - ce savant auquel nous devons l'introduction des quanta d'énergie au sein de la physique atomique, soit la formulation de la toute première théorie quantique de la matière à l'échelle microscopique.


La notion de quantum d'énergie s'imposa à Max Planck (1858-1947) en l'an 1900, alors qu'il étudiait le rayonnement du corps noir - ce rayonnement d'équilibre émis et absorbé par les parois entourant une enceinte isotherme. Contrairement à ce que postulait la théorie classique, il lui apparut que les échanges d'énergie s'effectuaient toujours de façon discontinue. En d'autres termes, que la matière ne pouvait émettre d'énergie radiante qu'en quantités finies, multiples entiers d'une quantité élémentaire, hn, où

h = 6,626.10-27 erg/sec

est aujourd'hui connue sous le nom de constante de Planck. Ainsi, plus la fréquence d'émission d'une radiation est élevée, plus le quantum d'énergie correspondant contient d'énergie.

Max Planck (1858-1947)


A cette découverte de la nature discontinue des échanges d'énergie thermique qui, déjà, bouleversait nombre d'idées reçues, succèda la découverte, en 1905, de la double nature, ondulatoire et corpusculaire, de la lumière. La nature corpusculaire de la lumière, que l'on pensait jusqu'alors correctement décrite par le biais des seules fonctions d'onde, fut déduite par Albert Einstein (1879-1955) de l'étude de l'effet photélectrique découvert en 1887 par Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) : l'énergie des électrons expulsés d'une plaque métallique dépend uniquement de la fréquence de la lumière incidente ; en aucun cas de son intensité, qui n'influe que sur le nombre d'électrons libérés. D'où l'idée que la lumière incidente est constituée de particules nommées photons, transportant chacun une énergie hn directement proportionnelle à la fréquence n de l'onde de lumière correspondante. Une idée que la découverte, en 1922, de l'effet Compton, soit de la possibilité pour chaque photon de communiquer tout ou partie de son énergie hn à un électron libre d'une substance, viendra corroborer.




Chaque photon incident transfère aux électrons de la plaque métallique une partie de son énergie hn, nécessaire à s'extraire de la plaque métallique (hn0) et à leur communiquer une énergie cinétique K :
hn - hn' = hn0 + K

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