ATOMIQUE PHYSIQUE
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.
Amedeo Avogadro
DeAgostini/ Chomon/ Getty images
La question fut reconsidérée beaucoup plus tard, après la découverte par Robert Boyle, en 1662, de la loi des gaz, et l'interprétation de celle-ci à l'aide de la théorie cinétique par Daniel Bernoulli en 1738. Cette théorie, qui connut son apogée au xixe siècle grâce aux travaux de Rudolf Clausius, James Clerk Maxwell et Ludwig Boltzmann, a permis d'expliquer les principales propriétés physiques des gaz. Parallèlement au développement de la théorie cinétique, la loi des proportions définies, découverte en 1801 par Joseph Louis Proust, et la loi des proportions multiples de John Dalton (1807) pouvaient elles aussi être interprétées dans l'hypothèse de la structure atomique de la matière. La loi de Gay-Lussac, en 1808, permit à Amedeo Avogadro, en 1811, de faire la distinction entre les molécules et les atomes qui les constituent. Avogadro montra que la loi de Gay-Lussac était vérifiée si des volumes égaux de différents gaz, à mêmes pression et température, contenaient un nombre égal de molécules. Cependant, le concept d'atome est resté controversé par les chimistes jusqu'à la fin du xixe siècle, sans doute parce qu'ils ignoraient la théorie cinétique des gaz. Celle-ci permettait pourtant d'expliquer le mouvement aléatoire de petites particules en suspension dans un liquide découvert par Robert Brown en 1827, et couramment dénommé « mouvement brownien ». Les chimistes n'admirent définitivement la réalité physique des atomes qu'après les travaux de Jean Perrin qui, en 1913, obtint une même valeur du nombre d'Avogadro en utilisant des méthodes expérimentales différentes.
C'est au xxe siècle que la physique atomique a connu un essor extraordinaire grâce à la réalisation d'expériences d'une très grande précision et à la découverte et au développement de la théorie quantique par des physiciens de génie, parmi lesquels on peut citer Planck, Einstein, Rutherford, Bohr, Heisenberg, Schrödinger, Born, Dirac, et plus récemment[...]
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Écrit par
- Philippe BOUYER : chargé de recherche au C.N.R.S.
- Georges LÉVI : maître de conférences
. In Encyclopædia Universalis []. Disponible sur : (consulté le )
Média
Amedeo Avogadro
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Autres références
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ASHKIN ARTHUR (1922-2020)
- Écrit par Bernard PIRE
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Le physicien américain Arthur Ashkin a reçu le prix Nobel de physique en 2018 pour ses « inventions révolutionnaires dans le domaine de la physique des lasers ».
Né le 2 septembre 1922 à New York, au sein d’une famille d’origine juive ukrainienne, Ashkin a passé sa jeunesse dans le quartier...
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ASPECT ALAIN (1947- )
- Écrit par Bernard PIRE
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Lauréat du prix Nobel de physique 2022 (avec John Clauser et Anton Zeilinger), le Français Alain Aspect est un spécialiste de l’optique quantique, ce domaine de la physique qui sonde le comportement de la lumière dans des conditions extrêmes où la description classique du rayonnement électromagnétique...
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ATOME
- Écrit par José LEITE LOPES
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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 ... -
BOHR ATOME DE
- Écrit par Bernard PIRE
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Deux ans après avoir soutenu sa thèse sur la théorie électronique des métaux, le physicien danois Niels Bohr (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...
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Voir aussi
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- ÉMISSION, physique
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- COUPLAGE, physique atomique
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