En 1904, Hantaro Nagaoka développa un modèle atomique qui complétait le modèle atomique de Thomson. Le modèle de Nagaoka est également connu sous le nom de modèle atomique saturnien.
Ce modèle atomique est un modèle hypothétique de la structure atomique contrairement au modèle de pudding aux raisins de Thomson. Dans ce modèle, l'existence du noyau atomique a été postulée pour la première fois.
Quel est le modèle atomique de Nagaoka ?
Au début du 20e siècle, après des études sur le modèle atomique de Dalton et le modèle de Thomson, les physiciens commençaient à peine à comprendre la structure de l'atome. La découverte de l'électron a démontré l'existence de charges négatives dans l'atome et cela, pour qu'il soit globalement neutre, impliquait nécessairement que des charges positives existaient aussi.
Nagaoka, basé sur le fait que les charges électriques opposées sont impénétrables, a proposé un modèle atomique basé sur une grande sphère massive avec une charge électrique positive. Cette sphère était le noyau atomique et était entourée de plusieurs électrons en orbite autour d'elle. Nagaoka a décrit ces orbites comme des orbites circulaires, équivalentes à Saturne et ses anneaux.
Nagaoka a expliqué la stabilité atomique selon son modèle avec une analogie avec la stabilité des anneaux de Saturne. James Clerk Maxwell avait récemment publié une étude sur ce modèle et fait deux prédictions :
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l'existence d'un noyau très massif, en analogie avec la disproportion entre la masse de Saturne et celle de l'anneau ;
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que les électrons tournent autour du noyau lié par la force électrostatique, tout comme les particules de l'anneau tournent autour de la planète liée par la force gravitationnelle.
Comment le modèle de Nagaoka a-t-il influencé le modèle atomique de Rutherford ?
Les deux prédictions ont été suffisamment confirmées par Ernest Rutherford, qui a mentionné le modèle de Nagaoka dans l'article de 1911 rapportant la découverte du noyau.
Cependant, le modèle atomique de Rutherford a révélé à quel point le modèle de Saturne était erroné. En réalité, le noyau était beaucoup plus petit que Nagaoka ne l'avait supposé. De plus, un anneau chargé électriquement aurait été instable aux oscillations dans une direction orthogonale au plan de rotation de l'anneau.
Les découvertes de Rutherford serviront de base aux études pour développer le modèle atomique de Niels Bohr et plus tard le modèle atomique de Sommerfeld.
Il faut dire aussi que Nagaoka à travers le modèle de Saturne était incapable de prédire les phénomènes spectrographiques, comme la formation des raies spectrales et la radioactivité. Suite à ces nouvelles découvertes, Nagaoka lui-même abandonne son modèle en 1908.
Qui était Hantaro Nagaoka ?
Nagaoka Hantarō (15 août 1865 - 11 décembre 1950) était le physicien japonais le plus éminent de la fin de l'ère Meiji. Il était l'un des fondateurs des physiciens japonais qui ont commencé la période Meiji, le fondateur de l'école scientifique. Auteur de divers ouvrages sur l'électricité et le magnétisme, la physique atomique et la spectroscopie.
Né à Ōmura, dans la préfecture de Nagasaki, Nagaoka a été formé à l'Université de Tokyo. Après avoir obtenu son diplôme en 1887, il a collaboré avec le physicien britannique Cargill Gilston Knott sur des études de magnétisme. En 1893, il s'installe en Europe, où il complète sa formation dans les universités de Berlin, Munich et Vienne. En 1900, il assista au premier congrès international de physique à Paris, où il entendit la conférence de Marie Curie sur la radioactivité, un événement qui augmenta l'intérêt de Nagaoka pour la physique atomique.
Oeuvres principales de Nagaoka
Hantaro Nagaoka a rejeté le modèle de Thomson au motif que les charges électriques opposées sont impénétrables et a proposé le modèle atomique alternatif expliqué ci-dessus. Cependant, il l'abandonna lui-même en 1908.
Après avoir abandonné son modèle atomique, Nagaoka s'est lancé dans la spectroscopie et dans d'autres domaines. En 1909, il publie un ouvrage sur l'inductance des solénoïdes.
En mars 1924, il décrivit des expériences dans lesquelles il prétendit avoir obtenu un milligramme d'or et du platine. La découverte a été faite en soumettant du mercure à un champ électrique de 15 × 10 ^ 6 V/m pendant quelques heures. L'expérience a ensuite été répétée avec des résultats contradictoires, résultat de la contamination de l'or déjà présent dans le mercure.
En 1929, Nagaoka a détecté des perturbations radio produites par des météores. Le physicien japonais a émis l'hypothèse qu'il serait possible d'établir une communication entre deux stations au sol. Pour ce faire, il a utilisé, comme liaison radio, la traînée ionisée laissée par le météoroïde lors de son entrée dans l'atmosphère.