450 av. J.-C., Grèce. Le philosophe grec Démocrite se promène sur la plage, perdu dans ses pensées, lorsque soudain une idée lui traverse l'esprit.

Le sable, qui de loin semble uniforme, est en réalité composé de milliards de petits grains. En fait, certains sont si petits qu'il est presque impossible de les voir à l'œil nu.

Antoine Coypel, Démocrite, 1692, huile sur toile, 69 x 57 cm, Musée du Louvre, Paris
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Pourtant, si l’on cherchait à en couper un en deux, il resterait deux fragments encore plus petits. Et plus petits encore, si l’on divisait à nouveau ces fragments… Mais jusqu'où ?

Sable, 2018, photographie, photo : addesia
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Pour Démocrite, pas de doute : à un moment donné, la particule de sable devient si petite qu'elle ne peut plus être divisée. Mais cela est-il vrai pour toute la matière : pomme, cheval, planète, humains ? Seraient-ils composés d’une infinité de particules ? L'idée semble incroyable, et pourtant elle suit une logique qui séduit le philosophe. Ce dernier nomme alors cette matière "que l’on ne peut pas couper" : atomos.

Sable des dunes de Kelso, désert de Mojave, Californie, 2010, photographie, photo : Mark A. Wilson, Département de Géologie, The College of Wooster
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Malheureusement, la théorie de Démocrite ne séduit pas grand monde. Il faut attendre le 19^e siècle pour qu'elle refasse surface. Depuis, on sait que les atomes sont des éléments composites qui sont formés de petites particules de matière chargées négativement, les électrons, qui se répartissent autour d’un noyau, lui-même constitué de protons (chargés positivement) et de neutrons (électriquement neutres).

La structure d'un atome, schéma Sciencetips
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Or, il y a exactement le même nombre de protons et d'électrons dans un atome. Résultat, un atome est électriquement neutre. Et petit, très petit : 10^-10 mètre, soit un dixième de millionième de millimètre !

Schéma Sciencetips
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Mais ce n'est pas tout, les composants du noyau de l'atome sont eux-mêmes constitués d'encore plus petites particules. Ainsi, les protons et les neutrons sont composés de "quarks". On parle de "particules élémentaires", des particules dont on ne connaît toujours pas la composition ! Bref, plus de 2 000 ans après Démocrite le secret de la matière reste (presque) entier.

La structure d'un proton et d'un neutron, schéma Sciencetips
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Pour en savoir plus :

Sur la matière

Sur les particules élémentaires

Sur l'histoire du modèle de l’atome

Pour en savoir plus sur l'atome, 2015 (vidéo)