ATOMIQUE PHYSIQUE

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La physique atomique est née des expériences effectuées à la fin du xixe siècle qui ont montré que la matière était discontinue et formée d'atomes possédant une structure interne ; celle-ci étant à l'origine des raies observées dans les spectres d'émission et d'absorption du rayonnement par les différents éléments, l'objectif premier de la physique atomique a été de comprendre et d'interpréter ces spectres. Le développement de cette discipline est intimement lié à celui de la mécanique quantique. La grande précision des expériences de spectroscopie a conduit les physiciens théoriciens à énoncer des théories quantiques toujours plus élaborées ; en retour, les expérimentateurs ont effectué des mesures de plus en plus précises afin d'éprouver la validité de la théorie. Cette émulation réciproque a permis d'obtenir des mesures de grandeurs physiques fondamentales avec une précision sans cesse accrue.

La physique, dont l'objectif initial était d'établir les lois de la nature, a contribué à des avancées technologiques de premier plan en permettant la réalisation, par exemple, des lasers et des horloges atomiques. Elle a aussi ouvert un champ considérable de recherches fondamentales, allant de l'optique quantique à la physico-chimie des molécules.

Les origines de la physique atomique

Le concept d'atome date des philosophes grecs de l'Antiquité : à la suite des idées d'Empédocle (490-430 av. J.-C.), Leucippe (environ 450 av. J.-C.) et son disciple Démocrite (vers 460-vers 370 av. J.-C.) ont suggéré que l'Univers était constitué d'espace vide et de particules insécables, les atomes (du grec atomos, « insécable »). Cette hypothèse fut cependant rejetée par Aristote (385-322 av. J.-C.), qui défendit ardemment le concept de continuité de la matière.

La question fut reconsidérée beaucoup plus tard, après la découverte par Robert Boyle, en 1662, de la loi des gaz, et l'interprétation de ce [...]

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ATOME

  • Écrit par 
  • José LEITE LOPES
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Dans le chapitre « L'atome de Thomson-Lorentz »  : […] Ce ne fut qu'à la fin du xixe siècle que la notion d'atome comme particule indivisible fut mise en doute. Les expériences sur les décharges électriques dans les gaz raréfiés et l'étude des rayons cathodiques ont amené à la découverte de très légères particules, chargées électriquement, les […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/atome/#i_94939

BOHR ATOME DE

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  • Bernard PIRE
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(1885-1962) écrit en 1913 trois articles fondamentaux qui révolutionnent la compréhension de la structure de la matière. Le premier, paru le 5 avril dans le Philosophical Magazine, est titré « Sur la constitution des atomes et des molécules […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/atome-de-bohr/#i_94939

BOHR NIELS (1885-1962)

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Dans le chapitre « Théorie de la constitution des atomes »  : […] La découverte des électrons, particules environ 2 000 fois plus légères que l'atome d'hydrogène et portant toutes la même quantité de charge électrique négative, avait conduit les physiciens, dès le début de ce siècle, à concevoir l'atome comme un système complexe, formé d'une distribution de masse et de charge positive et d'un certain nombre d' […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/niels-bohr/#i_94939

COHEN-TANNOUDJI CLAUDE (1933-    )

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  • Étienne GUYON
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avoir exercé à la faculté des sciences de Paris, mais aussi membre de l'Académie des sciences (1981) et médaille d'or du C.N.R.S. (1996), Claude Cohen-Tannoudji épouse avec évidence sa double vocation de chercheur et d'enseignant. Son nom est associé au développement et à la diffusion de la recherche en physique atomique et en optique quantique […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/claude-cohen-tannoudji/#i_94939

CURIE LES

  • Écrit par 
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Dans le chapitre « Radioactivité et théorie de l'atome »  : […] Ernest Rutherford avait élaboré, en 1912, un modèle d'atome où des électrons gravitaient autour d'un noyau positif. En 1913, Niels Bohr y introduisit la notion de quantum d'action, proposée par Max Planck en 1900, et donna à ce modèle une forme quasi définitive […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/les-curie/#i_94939

DESCRIPTION DE L'ATOME

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
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Ernest Rutherford (1871-1937) propose en 1911 un modèle planétaire de l'atome. L'interprétation des résultats expérimentaux obtenus par ses collaborateurs Hans Geiger et Ernest Marsden sur la déviation violente des rayons α une mince feuille d'or lui permet de comprendre qu'un […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/description-de-l-atome/#i_94939

EFIMOV VITALY (1938-    )

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Il apparaît maintenant que le résultat d’Efimov s’applique plutôt aux systèmes atomiques régis par l’interaction électromagnétique, et en particulier aux gaz atomiques à très basse température qu’on sait réaliser depuis les années 2000. En 2006, l’équipe du professeur Rudolf Grimm de l’université d’Innsbruck (Autriche) a démontré la pertinence de […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/vitaly-efimov/#i_94939

ÉTAT, physique atomique et nucléaire

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Pour noter un état, on utilise la même notation que pour le niveau, c'est-à-dire une lettre indiquant la valeur du nombre quantique orbital L (S pour L = 0, P pour L = 1, ...), un exposant à gauche donnant la valeur de 2 S + 1 (S nombre quantique de spin), un indice pour la valeur de j (j = L + S), auquel on ajoute un exposant à […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/etat-physique-atomique-et-nucleaire/#i_94939

HAROCHE SERGE (1944-    )

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Les premiers travaux de Serge Haroche ont porté sur l'atome habillé, qui sera un guide pour toute son exploration du monde quantique. C'est un cadre théorique d'une grande élégance qui traite l'interaction matière-rayonnement en considérant atome et champ comme un seul système quantique […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/serge-haroche/#i_94939

HEISENBERG WERNER KARL (1901-1976)

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  • Léon ROSENFELD
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Dans le chapitre « Problèmes atomiques et nucléaires »  : […] qu'elle s'attaquât aux problèmes qui dépassaient la portée des méthodes antérieures. Parmi ceux-ci s'offrait tout d'abord celui de l'atome d'hélium, atome composé de deux électrons liés au noyau. Les états stationnaires de cet atome présentaient surtout une particularité (révélée par l'analyse de son rayonnement) qui n'avait pu être expliquée : […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/werner-karl-heisenberg/#i_94939

KASTLER ALFRED (1902-1984)

  • Écrit par 
  • Bernard CAGNAC
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Physicien français, né le 3 mai 1902 à Guebwiller (alors en Allemagne) et mort à Bandol le 7 janvier 1984. Professeur à l'université de Paris et à l'École normale supérieure, Alfred Kastler a obtenu le prix Nobel de physique en 1966 pour « la découverte et le développement de méthodes […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/alfred-kastler/#i_94939

KUSCH POLYKARP (1911-1993)

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  • Bernard PIRE
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Né le 26 janvier 1911 à Blankenburg (Allemagne), Polykarp Kusch était le fils d'un pasteur allemand qui émigra aux États-Unis avec sa famille en 1912. Après des études à Cleveland (Ohio) et à l'université de l'Illinois, où il soutint sa thèse en 1936 dans le domaine de la spectroscopie moléculaire, il rejoignit l'université de Columbia, à New York […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/polykarp-kusch/#i_94939

LAMB WILLIS EUGENE (1913-2008)

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
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est en particulier de fabriquer des sources de micro-ondes de courtes longueurs d'onde. Après la guerre, Kusch et Lamb appliqueront les méthodes inventées par Rabi à l'étude des spectres atomiques au moyen d'ondes radio. En 1946, Lamb publie une théorie de la spectroscopie micro-onde. En 1947, il conçoit et réalise avec son étudiant Robert. C. […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/willis-eugene-lamb/#i_94939

LASERS

  • Écrit par 
  • Yves LECARPENTIER, 
  • Alain ORSZAG
  •  • 10 804 mots
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Dans le chapitre « Émission stimulée et amplification de lumière »  : […] On sait que les atomes, qui constituent la matière, sont formés d'un noyau et d'électrons. Ces derniers, en mouvement autour du noyau, ne peuvent occuper que des orbites bien déterminées, caractéristiques de l'atome. Chacune de ces configurations possibles de l'ensemble noyau- […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/lasers/#i_94939

MASER

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  • Maurice ARDITI, 
  • Claude AUDOIN
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Dans le chapitre « Principes physiques »  : […] D'après les théories de Niels Bohr, un atome peut effectuer une transition entre deux niveaux d'énergie discrets E1 et E2 (E2 > E1), à condition que la loi de conservation de l'énergie E2 […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/maser/#i_94939

PERRIN JEAN (1870-1942)

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 659 mots

Une précoce renommée scientifique lui permit d'être rapidement chargé d'un enseignement de chimie-physique à la Sorbonne. Le modèle planétaire de l'atome qu'il proposa en 1901 fut le précurseur des célèbres modèles développés par Ernest Rutherford et Niels Bohr. Partisan de l'hypothèse atomiste, il réalisa une […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/jean-perrin/#i_94939

PHYSIQUE - Les fondements et les méthodes

  • Écrit par 
  • Roland OMNÈS
  •  • 10 732 mots
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Dans le chapitre « XXe siècle »  : […] La physique atomique : l'interaction électrique entre le noyau et les électrons permet d'établir l'existence de niveaux d'énergie pour un atome et de calculer le spectre de son rayonnement. Parmi les propriétés expliquées ainsi dans le détail figurent l'émission et l'absorption de la lumière, les […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-les-fondements-et-les-methodes/#i_94939

POMPAGE OPTIQUE

  • Écrit par 
  • Alfred KASTLER
  •  • 4 287 mots
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Dans le chapitre « Applications »  : […] Une application importante des techniques de pompage optique en physique atomique fondamentale est la mise en évidence d'interactions fines entre le rayonnement et les atomes, interactions prévues par J. P. Barrat et C. Cohen-Tannoudji et expérimentalement étudiées par ce dernier et ses collaborateurs. Des radiations […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/pompage-optique/#i_94939

SPECTROSCOPIE

  • Écrit par 
  • Michel de SAINT SIMON
  •  • 5 068 mots
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Dans le chapitre «  Spectroscopie atomique »  : […] Les spectres des atomes ont pu être compris dans le cadre de la physique atomique qui, se fondant sur la mécanique quantique, décrit les niveaux d'énergie occupés par les électrons du cortège électronique. Une raie d'émission correspond à la transition d'un électron d'un niveau vers un autre niveau de moindre énergie, l'énergie excédentaire étant […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/spectroscopie/#i_94939

STARK EFFET

  • Écrit par 
  • Pierre MOYEN
  •  • 529 mots

Sous l'action d'un champ électrique, les niveaux d'énergie d'un atome sont perturbés et, par conséquent, les raies émises par cet atome sont modifiées. Elles sont décomposées en plusieurs composantes dont le centre de gravité peut être déplacé par rapport à la raie initiale. Cet effet, analogue à l'effet […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/effet-stark/#i_94939

STARK JOHANNES (1874-1957)

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 370 mots

Fils d'un propriétaire terrien, Johannes Stark naquit le 15 avril 1874 à Schickenhof en Bavière (Allemagne) ; après des études secondaires à Bayreuth et Ratisbonne, il rejoignit l'université de Munich ; sa carrière universitaire le mena de Göttingen à Hanovre puis à Aix-la-Chapelle, Greifswald et Würzburg. Le prix Nobel de physique qu'il reçut en […] Lire la suite☛ http://www.universalis.fr/encyclopedie/johannes-stark/#i_94939

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Pour citer l’article

Georges LÉVI, Philippe BOUYER, « ATOMIQUE PHYSIQUE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 12 novembre 2018. URL : http://www.universalis.fr/encyclopedie/physique-atomique/