L'atome de bohr : la mécanique analytique et les quanta, les spectres de multiplets

Fritz Kubli

RÉSUMÉ. — La thèse de Louis de Broglie, base de la mécanique ondulatoire, est née d'une synthèse entre plusieurs courants d'idées en physique théorique. La théorie de la relativité, la théorie des quanta de lumière et les travaux sur la thermodynamique statistique ont permis à Louis de Broglie d'étendre à toutes les particules le dualisme entre les ondes et les particules, établi par Einstein pour le cas de la lumière, et de retrouver par un théorème de cohérence les conditions quantiques de Bohr-Sommerfeld dans le cas d'un électron circulant autour du noyau atomique, et la statistique de Bose-Einstein dans le cas de particules enfermées dans une enceinte.

Léon Brillouin

Roland L. Omnes

Ilarion Pavel

1913 est l’annus mirabilis de Niels Bohr. Il écrit sa « trilogie », fondatrice de son modèle d’atome, toujours en vigueur de nos jours. C’est le premier de ces trois articles qui est commenté ici. 1/ Il y applique la théorie quantique, en inférant que le rayonnement d’un électron tournant autour du noyau est émis par quanta d’énergie égaux à un multiple de hν (où h est la constante de Planck et ν est la fréquence du rayonnement). Ses résultats étaient conformes aux ‘séries de Balmer‘ du spectre d’émission de l’hydrogène. L’année suivante (1914), l’expérience de Franck et Hertz (collisions d’électrons et d’atomes de mercure) prouvera de manière irréfutable que les électrons perdent de l’énergie par quanta, et que les atomes de mercure émettent du rayonnement ultraviolet dont la fréquence est celle calculée par la théorie de Bohr. 2/ Il y donne l’expression des rayons d’orbites électroniques et de leur niveau d’énergie, indexés par un nombre n (quantification des orbites). 3/ Il y esquisse une première approche et une utilisation féconde du principe de correspondance : le comportement d’un système décrit par les lois de la physique quantique obéit aux lois de la physique classique si le système est suffisamment grand.

Roland L. Omnes

Kunio Goto

Le succes de la theorie des quanta, specialement pour expliquer le spectre atomique et la table periodique des elements chimiques, repose sur les conditions quantiques de Bohr-Sommerfed-Wilson. En 1917, Einstein propose de nouvelles conditions quantiques que l'auteur decrit.