Expérience de Franck et Hertz

L'expérience de Franck et Hertz est une expérience établie pour la première fois en 1914 par James Franck et Gustav Hertz. Elle a pour objet de prouver la quantification des niveaux d'énergie des électrons dans les atomes, ce qui en fait l'une des expériences fondamentales de la physique quantique. Elle a ainsi permis de confirmer les hypothèses du modèle de l'atome de Bohr. En 1925, Franck et Hertz reçurent le prix Nobel de physique pour cette expérience. En 1913, Niels Bohr proposa le modèle de l'atome de Bohr, basé sur le modèle de l'atome de Rutherford, mais y apporta deux postulats, dont celui de la quantification des orbites électroniques. Ainsi, les premières expériences consistant à mettre en évidence cette quantification utilisaient de la lumière qui, comme il était déjà connu à l'époque, était formée de « quanta d'énergie ». La première objection émise contre l'interprétation de ces expériences par la théorie de Bohr fut donc de prétendre que la quantification des orbites n'était due qu'à la seule quantification des photons. En 1914, Franck et Hertz, qui travaillaient sur les énergies d'ionisation des atomes, mirent au point une expérience faisant intervenir les niveaux d'énergie de l'atome de mercure. Leur expérience n'utilisant que des électrons et du mercure sans lumière, Bohr y trouva la preuve irréfutable de son modèle de l'atome. D'après la mécanique quantique, les électrons des atomes ne peuvent occuper que des niveaux d'énergie discrets. L'absorption ou l'émission d'énergie se fait alors de manière discrète par des quanta d'énergie. Cette quantité d'énergie correspond à la transition électronique, mais aussi à l'énergie transmise à une particule s'il s'agit d'une diffusion inélastique. Afin de mettre en évidence la quantification des niveaux d'énergie, Franck et Hertz ont cherché à montrer l'absorption de certains électrons. Pour être absorbés ces derniers doivent posséder une certaine énergie correspondant à une transition électronique, autrement dit, à la différence d'énergie entre les niveaux d'énergie final et initial.