L’atome moderne : des électrons, un noyau et du vide …
En 1911 Rutherford, Marsden et Geiger, bombardant une mince feuille d’or avec les particules alpha émises par le radium, découvrent le noyau atomique, très dense. C’est à l’œil nu que Rutherford et ses élèves comptent les scintillements provoqués par les particules alpha sur un écran de sulfure de zinc. Ils en concluent que presque toute la matière de l’atome est concentrée en son centre dans un noyau.
Un atome plum-pudding précurseur de l’atome moderne
Avant la découverte du noyau de l’atome par Rutherford, on se représentait l’atome comme une sorte de plum-pudding. Les électrons porteurs de charge électriques négatives avaient été découverts en 1896, et on imaginait ces charges navigant dans un magma de charges positives dont on ignorait la nature et l’agencement. Personne n’imaginait l’atome moderne que Niels Bohr proposa en 1914, atome constitué de vide avec toutes les charges positives concentrées dans un minuscule noyau.
© IN2P3
Cette découverte conduit Niels Bohr à donner la première représentation théorique de l’atome. La révolution de la « mécanique quantique » complétée plus tard par Erwin Schrödinger jette les bases de la compréhension de l’infiniment petit.
L’étude des propriétés chimiques des éléments de la famille uranium-radium montre que plusieurs descendants du radium, que l’on appelait à l’époque radium B, radium D, radium G, avaient les mêmes propriétés chimiques que le plomb. Ils sont classés aujourd’hui comme des isotopes du plomb.
En 1913, Fréderick Soddy conclut que ces éléments se trouvent dans la même case de la classification de Mendeleïev, introduit le concept d’isotopes et reçoit le prix Nobel de Chimie en 1921.
Les particules alpha sont les seuls projectiles nucléaires dont les physiciens disposent alors. Armés de sources radioactives, les physiciens sondent sans le savoir le noyau de l’atome, si bien qu’en 1919 Rutherford réalise la première transmutation atomique, c’est-à-dire une réaction nucléaire. Bombardant de l’azote par des particules alpha, il transforme celle-ci en oxygène.
Dans les années suivantes, de nombreuses réactions nucléaires sont observées et étudiées. La plus importante est celle qui conduit à l’observation en 1932 d’un rayonnement neutre composé de particules dont la masse est proche de celle du proton. C’est la découverte du neutron par James Chadwick (1891-1973 en Angleterre). Peu après, Werner Heisenberg est le premier à avancer que le noyau est composé de protons et de neutrons.
EN SAVOIR PLUS : La découverte du neutron
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