Dans l’article sur les particules élémentaires, nous avons lu qu'en 1804, John Dalton démontra l'existence des atomes, qu'il imagina comme des sphères dures.
Plus de 90 ans plus tard, en 1897, les expériences de Joseph John Thomson, un physicien britannique, montrèrent que les atomes contiennent des électrons, de minuscules particules avec une charge électrique négative. Thomson suggéra qu’un atome est comme un gâteau aux raisins sec avec une charge positive contenant des "raisins secs" à charge négative, qu'il appela électrons.
En 1911, Ernest Rutherford, un scientifique néo-zélandais, ne parvint pas à expliquer les résultats de ses expériences avec le modèle du gâteau aux raisins se de Thomson. Il proposa alors une nouvelle idée de l'atome, dans laquelle les charges positives et négatives sont très éloignées l'une de l'autre. Dans l'atome de Rutherford, il existe une partie centrale, à charge positive, appelée noyau, entourée d'électrons qui se déplacent en orbite, comme les planètes dans le système solaire.
C’est ce type d’atome que nous avons l’habitude de voir dans les logos d’organisations scientifiques importantes, comme l’Agence internationale de l’énergie atomique (AIEA) et la Commission de l’énergie atomique des États-Unis.
Malheureusement, ces représentations sont trompeuse. Selon Rutherford, l’atome est plus vide que plein : le noyau, qui contient presque toute la masse de l’atome, est environ 10 000 fois plus petit que l’atome entier. Les électrons, extrêmement petits, sont très éloignés du noyau. Si le noyau était agrandi à la taille d’une balle de tennis, les électrons seraient plus petits que des grains de sable et se trouveraient à plus de 300 mètres de distance, ce qui correspond à la longueur de trois terrains de football.
Rutherford montra que l’intuition de Leucippe et Démocrite, selon laquelle la matière est constituée de blocs extrêmement petits entourés d’espace vide (voir l'article sur les particules élémentaires), était correcte.
Un sentiment d’immense vide est la première chose que Millie remarque lorsqu’elle arrive dans le monde des particules lors de sa première aventure. Pour en savoir plus, lisez l’article sur l’espace vide dans l'atome.
Il est intéressant de noter que les découvertes en physique des particules ne proviennent jamais d'observations directes, car on ne peut pas voir un atome ni ses composants. La découverte de l’électron est un exemple de l’évolution du concept d’atome, que les physiciens appellent modèle atomique, au fil du temps, pour justifier les résultats d’expériences successives. Un modèle atomique est abandonné chaque fois qu’il échoue à expliquer un nouveau résultat. Le modèle atomique de Rutherford, bien que toujours très populaire, fut en réalité remplacé en 1913 par celui du physicien danois Niels Bohr. Nous en parlerons dans l’article consacré aux niveaux d’énergie des électrons et à la quantification.
