Elektroni oli ensimmäinen löydetty alkeishiukkanen. Karkeimmat historialliset atomimallit esittivät sen kiertävän atomin ydintä kuten planeetat Aurinkoa. Todellisuudessa atomiin sidottu elektroni ei käyttäydy näin, vaan kvanttimekaniikan lakien mukaisesti. Elektronin sijainnille atomissa on tietty todennäköisyysjakauma. Sen energia on kvantittunut, ja se saa vain tiettyjä arvoja.

Kvanttimekaniikan perusteella voidaan selittää myös atomien spektrit. Absorptiolle ja emissiolle ominaiset viivat syntyvät atomiin sitoutuneen elektronin vastaanottaessa tai lähettäessä energiaa fotoneina. Vety on yksinkertaisen rakenteensa vuoksi eräänlainen erikoistapaus atomien joukossa. Sen spektrin perusrakenteen selitti Nils Bohr v. 1913.

Bohrin malli edusti vasta puolittain kvanttimekaniikkaa. Käsitys elektronien käyttäytymisestä atomiytimen ympärillä tarkentui 1920-luvulla. Ensin Schrödingerin yhtälön myötä ymmärrettiin Bohrin mallin kvanttimekaaninen tausta. Vuonna 1928 Paul Dirac julkaisi yhtälöstä yleistetyn version, joka oli yhteensopiva erityisen suhteellisuusteorian kanssa. Sen myötä saatiin selitettyä vedyn spektri niin tarkasti, että missään mittauksissa ei ole pystytty havaitsemaan mitään poikkeamia teorian ennusteisiin nähden. Schrödinger ja Dirac saivat työstään Nobelin fysiikan palkinnon 1933.

Käsitys vetyatomista on yleistetty myöhemmin koskemaan muidenkin atomien ja säteilyn vuorovaikutusta. Monien modernien valonlähteiden, kuten energiasäästölamppujen ja ledin, valontuotto perustuukin atomin sisäiseen kvantittuneeseen rakenteeseen.

Kuva: Niels Bohr

Niels Bohr (1885–1962) (Wikipedia) Paul Dirac (1902–1984) (Wikipedia)