L’image la plus facilement reconnaissable d’un atome est celle d’un système solaire miniature dans lequel les électrons suivent des trajectoires concentriques semblables aux orbites planétaires et le noyau se trouve au centre comme le Soleil. Au mois de juillet 1913, le physicien danois Niels Bohr  publie le premier d’une série de trois articles présentant ce modèle atomique, connu par la suite sous le nom d'atome de Bohr.

Reprenant le modèle atomique présenté quelques années auparavant par le physicien Ernest Rutherford, Niels Bohr, l’un des pionniers de la théorie quantique, l’a modifié d’après la mécanique quantique.

Ernest Rutherford avait avancé l’idée selon laquelle l’atome est composé principalement de vide. Sa masse se situe en grande partie dans un noyau central chargé positivement, qui est 10 000 fois plus petit que l’atome. Le noyau, dense, est entouré d’un essaim d’électrons minuscules chargés négativement.

Ce modèle ne satisfaisait pas entièrement Niels Bohr, qui, en 1912 – une période clé – travaillait dans le laboratoire d'Ernest Rutherford à Manchester au Royaume-Uni. Selon les lois de la physique classique, les électrons devraient suivre un mouvement en spirale et finir par rencontrer le noyau et causer l’effondrement de l’atome. Le modèle d’Ernest Rutherford ne rendait pas compte de la stabilité des atomes. C’est pourquoi Niels Bohr s’est tourné vers la physique quantique, une discipline alors naissante qui traite de l’infiniment petit, pour trouver une autre solution.

Niels Bohr a suggéré que les électrons ne s’agitent pas au hasard autour du noyau, mais suivent des orbites à une distance fixe du noyau. Dans ce modèle, chaque orbite est associée à une énergie particulière, et l’électron peut changer d’orbite en émettant ou en absorbant de l’énergie par quantités fixes appelées quanta. De cette manière, Niels Bohr a été en mesure d’expliquer le spectre de lumière émise (ou absorbée) par l’hydrogène, le plus simple de tous les atomes.

Niels Bohr publie ces idées en 1913 et collabore avec d’autres physiciens pendant la décennie qui suit pour développer cette théorie et ainsi expliquer des atomes plus complexes. En 1922, il reçoit le prix Nobel de physique pour ses travaux.

En réalité, le modèle de Bohr était trompeur à bien des égards et s’est révélé inexact. La mécanique quantique, alors en plein développement, a montré qu'il était impossible de connaître en même temps la position et la vitesse d'un électron. Les orbites bien définies proposées par Niels Bohr furent donc remplacées par des « nuages » de probabilité où un électron a des chances de se trouver.

Malgré tout, le modèle a pavé la voie à de nombreuses avancées scientifiques. Toutes les expériences portant sur la structure atomique ont un lien de parenté avec les théories atomiques audacieuses proposées il y a cent ans par Ernest Rutherford et Niels Bohr. C’est notamment le cas des expériences menées au CERN auprès du décélérateur d’antiprotons (AD) et du séparateur d’isotopes en ligne (ISOLDE), portant sur l’antihydrogène et sur d’autres atomes exotiques.

« Toute la physique atomique et subatomique s’est construite autour de l’héritage que nous ont laissé ces honorables messieurs », explique Peter Butler, professeur à l’Université de Liverpool, qui participe à ISOLDE.