Bouquetin à Champagny le Haut en SAVOIE LIBRE

Bouquetin à Champagny le Haut en SAVOIE LIBRE

jeudi 3 juillet 2008

UN ATOME DE UN MILLIMETRE DE DIAMETRE, BOHR et EINSTEIN.

L'ECHO des MONTAGNES, dans le légitime but de vous informer, vous donne les informations suivantes dans le monde infiniment petit.


Composition:
- un noyau de nucléons : protons et neutrons concentrant pratiquement toute la masse de l\'atome,
- des électrons minuscules, orbitant très...');" onmouseout="killlink()">atomes
géants, dits de Rydberg, l'observation montre un semblant de trajectoire. C'est ce qu'ont réussi à mettre en évidence des physiciens américains dans une expérience impressionnante.

Lorsque Niels Bohr

a introduit son modèle atomique en 1913, en effectuant une synthèse entre le modèle planétaire de l’atome de Rutherford et les idées quantiques de Planck et Einstein sur le caractère discontinu des échanges d’énergie entre matière et LumièreRayonnement électromagnétique dont les longueurs d\'onde s\'échelonnent d\'environ 10-6 m (infrarouge) à 10-9 m (ultraviolet). La lumière est représentée par des ondes électromagnétiques ou par des photons, selon la dualité onde-corpuscule. Elle se propage dans le vide à la vitesse c de 3 * 108 m*s-1,...');" onmouseout="killlink()">lumière, il savait déjà que la notion de trajectoire pour un électron en orbite autour du Noyau atomiqueLe noyau des atomes est formé de protons et de neutrons. Le nombre de protons définit l\'élément chimique. Le nombre de neutrons est voisin du nombre de protons mais peut varier dans ce qu\'on appelle les isotopes d\'un élément.');" onmouseout="killlink()">noyau était problématique.

Un électron en MouvementVariation de la position d\'un point, d\'un solide d\'un système, étudié dans un référentiel donné, en fonction du temps.');" onmouseout="killlink()">mouvement sur une orbite accélère et, ce faisant, doit rayonner de l’énergie et finir par s’écraser sur le noyau. C’est une conséquence inévitable de la théorie des électrons de Maxwell-Lorentz. En introduisant la quantification de l’énergie pour les orbites possibles d’un électron dans un atome d’hydrogène, Bohr expliquait tout à la fois sa stabilité et les Raie spectraleSignature des atomes des différents éléments présents dans l\'atmosphère d\'une étoile Ces atomes absorbent ou émettent la lumière à des longueurs d\'onde bien précises.');" onmouseout="killlink()">raies spectrales données par la Formule de BalmerEntre deux fréquences et , caractérisant des raies dans le spectre de l’atome d’hydrogène, existe lorsqu’on fait leur soustraction la formule de Balmer (du nom de son découvreur) suivante :

n et m étant des entiers non nuls, la constante de Rydberg, et c la...');" onmouseout="killlink()">formule de Balmer
et la constante de Rydberg.

Toutefois, les sauts quantiques entre différentes orbites qui s’accompagnaient d’une ÉmissionFait d\'émettre (des particules, des radiations, une substance, etc). En particulier, dans le cas de gaz nocifs, dégagement ou rejet de contaminants.');" onmouseout="killlink()">émission ou d’une AbsorptionPHYSIQUE Phénomène par lequel une partie de l\'énergie de rayonnements électromagnétiques ou corpusculaires est dissipée dans un milieu matériel.
PHYSIOLOGIE Pénétration d\'une substance venant de l\'extérieur dans un organisme vivant. Absorption intestinale : passage des substances nutritives de...');" onmouseout="killlink()">absorption
d’énergie ne pouvaient pas être conçus comme des transitions continues entre deux orbites suivies de l’échange d’un quantum de lumière. Non, tout se passait comme si l’électron disparaissait brutalement d’une de ses orbites pour se re-matérialiser sur un autre. Bohr était conscient de la difficulté et savait qu’il faudrait revoir les notions de localisation dans l’espace et le TempsGrandeur physique continue permettant de situer la succession des événements dans un référentiel donné. L\'Unité S.I. est la seconde.');" onmouseout="killlink()">temps pour un objet comme l’électron dans le monde des atomes, même si l’on observe nettement sa trajectoire dans une chambre à brouillard ou, plus tard, à bulles.

Les progrès de la théorie quantique dans les années qui suivirent ne firent que rendre plus problématique encore les mélanges de concepts classiques et quantiques à mesure que l’on explorait le monde atomique. Au début des années 1920, Bohr introduisit son fameux Principe de correspondanceLe principe de correspondance de Bohr stipule qu’à la limite des grands nombres quantiques caractérisant les systèmes atomiques on doit retrouver les formules de la physique classique. Ce principe a permis en particulier de connecter les formules donnant les intensités du rayonnement des...');" onmouseout="killlink()">principe de correspondance qui jetait un pont entre les formules classiques et les formules quantiques lorsque l’on considérait les détails de l’interaction matière-lumière dans les systèmes atomiques et moléculaires.


Niels Bohr (1885 - 1962). Crédit : AJ Software & Multimedia

En tant que mentor du jeune Heisenberg, il joua un rôle décisif dans le rejet final par ce dernier de toute trajectoire pour un électron dans le monde atomique et l'utilisation de matrices pour décrire la cinématique et la dynamique de l'atome, en remplacement des outils de l'analyse infinitésimale classique. C'est ainsi que naquit la mécanique matricielle en 1925, non sans faire intervenir aussi dans l'esprit d'Heisenberg des concepts issus des travaux d'Einstein en théorie de la Relativité restreinteLa théorie de la relativité restreinte a été énoncée par Einstein (1905) et explique de manière simple des idées ou résultats qui existaient déjà dans les travaux antérieurs de divers autres scientifiques : Fitzgerald (contraction des longueurs), Lorentz (contraction des longueurs, dilatation...');" onmouseout="killlink()">relativité restreinte et surtout de son article de 1917 où il posait les fondement du LaserDispositif qui amplifie la lumière et la rassemble en un étroit faisceau, dit cohérent, où ondes et photons associés se propagent en phase, au lieu d\'être arbitrairement distribués. Cette propriété rend la lumière laser extrêmement directionnelle et d\'une grande pureté spectrale.
Appareil...');" onmouseout="killlink()">laser
et le premier faisait usage des probabilités dans le monde quantique.

Peu de temps après, Schrödinger publiait sa fameuse équation basée sur l’idée mise en avant en 1923 par Louis de Broglie du caractère ondulatoire de la matière. Le mouvement d’un électron pouvait alors se comprendre en partie comme celui d’un paquet d’onde parfois localisable sur une trajectoire.

En fait, si l’on admet avec Bohr que les énergies d’un électron sur son orbite sont données par l’inverse du carré d’un nombre entier, la différence d’énergie entre deux orbites caractérisées par de grande valeurs de ces nombres entier tend vers zéro lorsque les nombres entiers tendent vers l’infini. On retrouve alors un semblant de variation continue pour les énergies échangées par un atome avec le Champ électromagnétiqueEnsemble d\'un champ électrique et d\'un champ magnétique couplés.
Maxwell a montré que les ondes électromagnétiques, dont la lumière, permettent la propagation, à vitesse finie des champs électrique et magnétique. L\'existence d\'un milieu absolu appelé éther, nécessaire à cette propagation fut...');" onmouseout="killlink()">champ électromagnétique
et la notion de trajectoire d’un électron prend alors à nouveau du sens.

Le paquet d'onde de probabilité dans l'Atome de RydbergIl s\'agit d\'atomes fortement excités possédant un ou quelques électrons sur des orbites caractérisées par un très grand nombre quantique principale n. Ces atomes sont donc assez bien décrits par le modèle de l’atome de Bohr de l’hydrogène, sauf que leur taille est n2 plus grande que celle de cet...');" onmouseout="killlink()">atome de Rydberg produit à partir d'un atome de potassium excité par laser. On retrouve bien un semblant de comportement classique avec particule et trajectoire représentées par l'évolution du pic de probabilité au cours du temps sur une orbite circulaire. Crédit : Rice University

Dans cette situation, l’atome est fortement excité, sur le point d’être ionisé, et la taille de l’orbite de l’électron se rapproche des échelles de grandeurs du monde qui nous entoure : on parle d’atome de Rydberg. Grâce à leur taille, ces curieux objets sont très utiles pour explorer la transition du monde quantique au monde classique.

Une équipe de physiciens menée par Barry Dunning de l’Université de Rice a pu créer un atome de Rydberg particulièrement impressionnant puisque grâce à une série de Champ électriqueGrandeur vectorielle E, à l\'origine des forces électriques (force de Coulomb). Unité : volt par mètre (V.m-1).
Le champ électrique est une notion qui remonte aux travaux de Coulomb (1785), c\'est le champ de force associé à une charge électrique unité. Il dérive du potentiel électrique.
Le...');" onmouseout="killlink()">champs électriques
pulsés créés par un rayon laser, ils ont tellement excité un atome de potassium que la notion classique d’orbite d'un électron est devenue presque une réalité. Sur la couche la plus externe, la taille de l'orbite est en effet de presque un millimètre!

Sur la vidéo, on a représenté l’évolution du paquet de probabilité associé à l’électron sur son orbite. La hauteur mesure l’importance de la probabilité de trouver l’électron en un point précis de l’espace et l’on voit nettement que l’on retrouve presque la notion de trajectoire classique.

Rice University" alt="Le mouvement d'un électron dans un atome de potassium excité sur une orbite haute (atome de Rydberg). Crédit : Rice University" src="uploads/tx_oxcsfutura/ryBOHR_06.jpg" border="0">