1. Introduction
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E si E>U 0 , ce que l’on appelle réflexion quantique.
(b)
−
10
− m1 0
− m
10
−14 m
(a)
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−10
−10
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Fig. 1.17 – Modèles d’atome : (a) Thomson : les électrons sont situés dans une
distribution de charge positive continue. (b) Rutherford : les électrons décrivent des
orbites autour du noyau.
Appliquons ces considérations de mécanique classique aux atomes : le premier modèle d’atome fut proposé par Thomson (figure 1.17a), qui le représentait par une sphère uniformément chargée positivement, avec des électrons en
mouvement dans cette distribution de charge. Un résultat élémentaire d’électromagnétisme montre que les électrons se trouvent dans un potentiel harmonique, et leur niveau d’énergie fondamental (stable) est celui où ils sont
immobiles au fond du puits de potentiel ; les états excités correspondent à des
vibrations autour de la position d’équilibre. Ce modèle fut éliminé
34 par les expériences de Geiger et Marsden, qui montrèrent que la diffusion de particules
α (noyaux d’
4 He) par des atomes était incompatible avec ce modèle. Rutherford déduisit de ces expériences l’existence du noyau atomique, de dimension
inférieure à 10 fm, et proposa le modèle planétaire de l’atome (figure 1.17b) :
les électrons tournent autour du noyau, tout comme les planètes tournent autour du Soleil, l’attraction gravitationnelle étant remplacée par l’attraction
coulombienne. Ce modèle présente deux défauts majeurs, non indépendants :
aucune échelle ne fixe les dimensions de l’atome et l’atome est instable, car
les électrons sur orbite rayonnent et finissent par tomber sur le noyau. Dans
ce processus, un spectre continu de fréquences est émis. Au contraire, les résultats expérimentaux de la fin du XIX
e siècle montraient que (figure 1.18) :
• les fréquences du rayonnement émis ou absorbé par un atome sont discrètes, elles s’expriment en fonction de deux indices entiers n et m et
peuvent s’écrire comme des différences : ω nm = A n − A m ;
34. Pourtant, ce modèle fait encore le bonheur des physiciens atomistes...
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E si E>U 0 , ce que l’on appelle réflexion quantique.
(b)
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− m1 0
− m
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−14 m
(a)
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Fig. 1.17 – Modèles d’atome : (a) Thomson : les électrons sont situés dans une
distribution de charge positive continue. (b) Rutherford : les électrons décrivent des
orbites autour du noyau.
Appliquons ces considérations de mécanique classique aux atomes : le premier modèle d’atome fut proposé par Thomson (figure 1.17a), qui le représentait par une sphère uniformément chargée positivement, avec des électrons en
mouvement dans cette distribution de charge. Un résultat élémentaire d’électromagnétisme montre que les électrons se trouvent dans un potentiel harmonique, et leur niveau d’énergie fondamental (stable) est celui où ils sont
immobiles au fond du puits de potentiel ; les états excités correspondent à des
vibrations autour de la position d’équilibre. Ce modèle fut éliminé
34 par les expériences de Geiger et Marsden, qui montrèrent que la diffusion de particules
α (noyaux d’
4 He) par des atomes était incompatible avec ce modèle. Rutherford déduisit de ces expériences l’existence du noyau atomique, de dimension
inférieure à 10 fm, et proposa le modèle planétaire de l’atome (figure 1.17b) :
les électrons tournent autour du noyau, tout comme les planètes tournent autour du Soleil, l’attraction gravitationnelle étant remplacée par l’attraction
coulombienne. Ce modèle présente deux défauts majeurs, non indépendants :
aucune échelle ne fixe les dimensions de l’atome et l’atome est instable, car
les électrons sur orbite rayonnent et finissent par tomber sur le noyau. Dans
ce processus, un spectre continu de fréquences est émis. Au contraire, les résultats expérimentaux de la fin du XIX
e siècle montraient que (figure 1.18) :
• les fréquences du rayonnement émis ou absorbé par un atome sont discrètes, elles s’expriment en fonction de deux indices entiers n et m et
peuvent s’écrire comme des différences : ω nm = A n − A m ;
34. Pourtant, ce modèle fait encore le bonheur des physiciens atomistes...