L'expérience Franck-Hertz a été la première mesure électrique à montrer clairement la nature quantique des atomes, et ainsi "a transformé notre compréhension du monde". Il a été présenté le 24 avril 1914 à la Société allemande de physique dans un article de James Franck et Gustav Hertz. Franck et Hertz avaient conçu un tube à vide pour étudier les électrons énergétiques qui traversaient une fine vapeur d'atomes de mercure. Ils ont découvert que, lorsqu'un électron entre en collision avec un atome de mercure, il ne peut perdre qu'une certaine quantité (4,9 électron-volts) de son énergie cinétique avant de s'envoler. Cette perte d'énergie correspond à la décélération de l'électron d'une vitesse d'environ 1,3 million de mètres par seconde à zéro. Un électron plus rapide ne décélère pas complètement après une collision, mais perd exactement la même quantité de son énergie cinétique. Les électrons plus lents rebondissent simplement sur les atomes de mercure sans perdre de vitesse ou d'énergie cinétique significative.
Ces résultats expérimentaux se sont avérés cohérents avec le modèle de Bohr pour les atomes qui avait été proposé l'année précédente par Niels Bohr. Le modèle de Bohr était un précurseur de la mécanique quantique et du modèle de la couche électronique des atomes. Sa principale caractéristique était qu'un électron à l'intérieur d'un atome occupe l'un des "niveaux d'énergie quantique" de l'atome. Avant la collision, un électron à l'intérieur de l'atome de mercure occupe son plus bas niveau d'énergie disponible. Après la collision, l'électron à l'intérieur occupe un niveau d'énergie plus élevé avec 4,9 électron volts (eV) d'énergie en plus. Cela signifie que l'électron est plus lâchement lié à l'atome de mercure. Il n'y avait pas de niveaux ou de possibilités intermédiaires dans le modèle quantique de Bohr. Cette caractéristique était "révolutionnaire" car elle était incompatible avec l'attente qu'un électron puisse être lié au noyau d'un atome par n'importe quelle quantité d'énergie. Dans un deuxième article présenté en mai 1914, Franck et Hertz ont rendu compte de l'émission de lumière par les atomes de mercure qui avait absorbé l'énergie des collisions. Ils ont montré que la longueur d'onde de cette lumière ultraviolette correspondait exactement aux 4,9 eV d'énergie que l'électron volant avait perdus. La relation entre l'énergie et la longueur d'onde avait également été prédite par Bohr parce qu'il avait suivi la structure établie par Hendrik Lorentz au Congrès Solvay de 1911. Chez Solvay, Hendrik Lorentz a suggéré après l'exposé d'Einstein sur la structure quantique que l'énergie d'un rotateur soit fixée égale à nhv. Par conséquent, Bohr avait suivi les instructions données en 1911 et copié la formule proposée par Lorentz et d'autres dans son modèle atomique de 1913. Lorentz avait raison. La quantification des atomes correspondait à sa formule incorporée dans le modèle de Bohr. Après une présentation de ces résultats par Franck quelques années plus tard, Albert Einstein aurait dit : « C'est tellement beau que ça fait pleurer. » Le 10 décembre 1926, Franck et Hertz reçoivent le prix Nobel de physique 1925 « pour leur découverte des lois régissant l'impact d'un électron sur un atome".
1914avr., 24
L'expérience Franck-Hertz, pilier de la mécanique quantique, est présentée à la Société allemande de physique.
Choisissez Une Autre Date
Evénements du 1914
- 28juin
Assassinat de l'archiduc François-Ferdinand d'Autriche
L'archiduc François-Ferdinand d'Autriche et sa femme Sophie sont assassinés à Sarajevo ; c'est le casus belli de la Première Guerre mondiale. - 26juil.
Bulgarie
La Serbie et la Bulgarie rompent leurs relations diplomatiques. - 5août
Feu de circulation
À Cleveland, Ohio, le premier feu de circulation électrique est installé. - 15août
Franck Lloyd Wright
Un serviteur de l'architecte américain Frank Lloyd Wright assassine sept personnes et met le feu aux quartiers d'habitation de la maison de Wright dans le Wisconsin, Taliesin. - 1sept.
Pétrograd
Saint-Pétersbourg, en Russie, change son nom en Petrograd.