Bohr e le orbite quantiche

Nel 1897 Thomson suggerì che l’atomo potesse essere costituito da cariche positive e negative sparse in tutto lo spazio: tuttavia le teorie matematiche sulla forma degli spettri a righe, dovuti all’eccitamento dell’atomo, non coincidevano alla realtà. Per incomprensioni con Thomson, il fisico Bohr si trasferì a Cambridge dove Rutherford cercava di studiare gli atomi attraverso il bombardamento con particelle a.

Dopo aver passato un diaframma, le particelle a creavano un sottile fascio che colpiva una lamina di metallo e lasciava l’impronta su una “pellicola”: Rutherford notò che mentre alcune particelle proseguivano indisturbate, altre subivano grandi deviazioni. Era perciò logico che cariche positive fossero concentrate; inoltre poichè la legge di Coulumb sull’attrazione elettrica è simile, matematicamente parlando alla legge di gravitazione di Newton, allora gli elettroni giravano intorno al nucleo lungo orbite ellittiche, emettendo dunque anche onde elettromagnetiche. Bohr si pose allora il problema di quantizzare l’energia meccanica per evitare che le onde portassero via in brevissimo tempo tutta l’energia dell’atomo; egli prese in considerazione l’atomo di idrogeno: esso può essere eccitato e portato allo stato di energia Em, ma può anche ritornare allo stato inferiore En liberando l’energia di un quanto di luce . Quindi h*nm,n=Em-En o, come aveva già realizzato Balmer nel 1885 h*nm,n= (-Rh/m2)-(-Rh/n2) dove le due quantità tra parentesi indicano i livelli di energia Em ed En. Attraverso complicati calcoli, Bohr ottenne R=3.289*1015 sec-1, risolvendo il problema della quantizzazione dell’energia meccanica. Ereditando questi studi Sommerfeld scoprì che ogni orbita ellittica è caratterizzata da un numero quantico principale n e che le orbite non giacciono necessariamente sullo stesso piano.

Tornato in Danimarca Bohr potè fondare un proprio istituto che divenne crogiuolo di numerosi studi sulla teoria quantistica: Lo stesso Gamow potè entrarvi grazie agli studi sul bombardamento del nucleo e sulla disintegrazione spontanea dei nuclei radioattivi. Intanto anche Bohr continuava ad interessarsi di relazioni nucleari e nel 1930 partecipò alla produzione della prima energia nucleare.