Le modèle atomique de l`an 2000 - Faculté des sciences et de génie

La matière, comment c’est fait?
Le modèle atomique de l’an 2000
Rappel sur le modèle atomique de Bohr simplifié
D’après le modèle atomique actuel simplifié que vous avez vu en classe, l’atome est constitué d’un
noyau positif autour duquel tournent des électrons de charge négative. Vous savez aussi maintenant
que le noyau atomique est formé de nucléons, soit de neutrons et de protons, qui sont liés par la force
nucléaire. Les électrons, qui possèdent des orbites bien définies, sont, quant à eux, liés au noyau par la
force électromagnétique.
L’atome est principalement constitué de vide. Ainsi, si on grossissait mille milliards de fois (1012 fois) un
atome d’hydrogène, son noyau aurait un rayon de un millimètre et pèserait 1,7 million de tonnes
métriques. L’électron aurait quant à lui un rayon inférieur à un micromètre (un millième de millimètre)
et une masse de 900 tonnes. L’orbite de cet électron autour du noyau, qui définit la limite de l’atome
complet, aurait un rayon d’environ 100 m. Le volume du noyau atomique est donc 1015 fois plus petit
que celui de l’atome. Celui-ci est donc constitué de 99,999 999 999 999 9 % de vide!
Les nucléons, pas si élémentaires que ça!
Lors de la découverte du proton et du neutron, respectivement en 1919 et 1932, les physiciens
croyaient qu’ils étaient élémentaires, donc indivisibles (tout comme Dalton pensait que l’atome était
indivisible). Les physiciens américains Murray Gell-Mann et George Zweig ont cependant proposé, en
1963, l’existence des quarks. Ils ont ainsi développé un nouveau modèle de la matière qui stipulait que
les nucléons étaient, eux aussi, constitués de particules, les quarks. Leur existence n’a été démontrée
expérimentalement que quelques années plus tard, soit en 1968.
D’après les théories de la physique des particules, il existerait six sortes de quarks, mais seulement
deux d’entre elles sont nécessaires à la construction d’un nucléon, les quarks u (up) et les quarks d
(down). Ces quarks portent une charge électrique fractionnaire, respectivement de +2/3 et –1/3, ce qui
permet, en les additionnant, d’obtenir la charge du proton (+1) et celle du neutron (0). C’est la force
nucléaire qui permet aux quarks de former des nucléons et c’est cette même force qui, en s’exerçant
au delà du nucléon, maintient la cohésion du noyau (c’est pourquoi la force qui maintient les nucléons
dans le noyau est appelée force nucléaire résiduelle).
Qu’en est-il de l’avenir?
Certains scientifiques mettent aujourd’hui en doute l’indivisibilité des quarks et de l’électron. Ils
croient, en effet, qu’ils sont, eux aussi, composés de particules encore plus petites. Cela reste
désormais à prouver, car les expériences menées jusqu’à maintenant démontrent que les quarks et
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l’électron ne possèdent aucune sous-structure jusqu’à une échelle de 10-18 m. Il faudra donc continuer à
sonder la matière de plus en plus profondément afin de déterminer si les quarks et l’électron
Les modèles atomiques au fil du temps
atome neutre
proton (+1)
électron (-1)
atome neutre
quark u (+2/3)
quark d (-1/3)
proton (+1)
neutron (0)
neutron (0)
Modèle de Démocrite et de Dalton
Modèle de Bohr simplifié
Modèle actuel
© Chaire CRSNG/Alcan pour les femmes en sciences et génie au Québec
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