Cette pagephysique microscopique présente dans leur ordre historique, la découverte des concepts liés aux petites pièces qui forment la matière.

La connaissance de l'infiniment petit ne s'est faite que progressivement, au travers de l'évolution de différentes sciences et techniques, dont, laphilosophie, lamétallurgie, lathermodynamique, l'alchimie et lachimie, l'électricité, l'optique, lacristallographie, lemagnétisme, laphysique, lamécanique quantique.La question sous-jacente étant de savoir comment les phénomènes visibles se comportent à petite échelle.

Cette histoire commence par des spéculations philosophiques et des techniques de production, pour nous conduire dans les jours présents aux expériences enaccélérateur de particules, tout aussi spéculatives.

• - 2500 avant notre ère, dans le mythe babylonienEnuma Elish, l'eau est le substrat primordial à l'origine de tout^[1].
• Les Grecs pensaient qu'il existait un matériau primordial chaotique à partir duquel leChaos était devenu leCosmos^[2].
• Entre -650 et -400 avant notre ère : pourThalès la matière primordiale était l'eau sous ses trois formes : solide, liquide et gazeuse. PourAnaximène c'était l'air. PourHéraclite le feu.Empédocle fut le premier à postuler la présence de 5 éléments primordiaux : la terre, l'eau, le feu, l'air et laquinte essence, substance très légère qui baignait l'univers tout entier^[2].
• vers -500 avant notre ère,Leucippe émet l'idée que la matière est composée d'unités fondamentales indivisibles, lesatomes du grecatomos qui veut direinsécable et l'idée d'un espacevide au sein duquel les atomes peuvent évoluer^[3].
• -440 À la suite de Leucippe, son discipleDémocrite développe l'idée d'un univers de taille infinie et constitué d'espace vide habité par des particules solides et indivisibles, de formes et tailles différentes, toutes en mouvement. Il fonde la théorieatomiste qui sera ensuite intégrée à l'épicurisme^[4]
• vers -400 avant notre ère,Platon et surtout son discipleAristote reprennent l'idée d'Empédocle : L'espace n'est pas vide, il est baigné d'une substance informe l'éther qui s'ajoute aux quatre autres éléments^[5]. L'idée aristotélicienne de l'horror vacui (« la nature a horreur du vide ») va occuper tout leMoyen Âge^[6]
• vers -70 avant notre ère,Lucrèce, vulgarisateur de l'atomisme, décrit la nécessité du vide dans son poèmeDe la nature des choses^[4] et la pluralité des mondes^[7].
• À la même époque, l'Inde connaissait une philosophie (système Vaiseshika) dans laquelle rien ne se perd.

• vers 1220, dans l'Edda poétique, l'univers n'est pas né du néant mais de deux constituants : l'un est constitué de froid et de glace, et l'autre de feu et de flammes. L'eau est à la rencontre de ces deux éléments primordiaux^[1].

• À la fin duXIII^e siècle, levide est devenu un sujet scientifique à part entière^[8].
• 1662 :Robert Boyle découvre laloi dite « de Boyle-Mariotte » donnant pour constant le produit pression volume d'un gaz. Il en déduit que la matière est composée de particules primaires et rejette donc les conceptions aristotélicienne etalchimique qui basaient la matière surquatre éléments : la terre, l'air, l'eau et le feu.
• Vers 1700,Isaac Newton, fervent partisan de lathéorie corpusculaire de la lumière découvre un système d'interférences appeléAnneaux de Newton. C'est àChristian Huygens que revient l'honneur de formuler la premièrethéorie ondulatoire de la lumière^[9] qui restera en retrait durant 100 ans.
• 1766 :Henry Cavendish découvre et étudie l'hydrogène.
• 1778 :Carl Scheele etAntoine Lavoisier découvrent que l'air est composé essentiellement d'azote et d'oxygène.
• 1781 :Joseph Priestley crée de l'eau parcombustion d'hydrogène et d'oxygène.
• 1789 :Antoine Lavoisier établit que lamasse de lamatière se conserve pour chaque élément chimique et pour l'ensemble des éléments chimiques participant à une réaction.
• 1800 :William Nicholson etAnthony Carlisle utilisent l'électrolyse pour séparer l'eau en hydrogène et oxygène
• 1805 :Thomas Young réalise l'expérience desfentes de Young.
• 1808 :John Dalton introduit la théorie desatomes enchimie et établit que lamatière est composée d'atomes de différentes masses : lepoids atomique^[10].
• 1811 :Amedeo Avogadro établit que des volumes égaux de gaz doivent contenir un nombre égal demolécules.
• 1820 :Hans Christian Ørsted démontre la connexion intime entre l'électricité et le magnétisme en observant la déviation de l'aiguille d'une boussole en présence d'un courant électrique. Mickaël Faraday montrera l'inverse en 1831 : un aimant qui bouge crée un courant électrique^[11].
• 1821 :Augustin Fresnel, armé duprincipe d'économie, parvient à décrire^[12] la théorie ondulatoire de la lumière et le principe d'interférence^[13].
• 1832 :Michael Faraday établit la théorie fondamentale de l'électrolyse.
• 1864 :James Clerk Maxwell réussit à faire la synthèse des diverses connaissances de l'époque en électricité et magnétisme : les 4équations de Maxwell^[14].
• 1871 :Dmitri Mendeleïev examine sontableau périodique, établi en 1869, et prédit l'existence dugallium, duscandium, et dugermanium.
• 1873 : Maxwell parvient à faire la synthèse de l'électricité, du magnétisme et de l'optique^[15].
• 1873 :Johannes van der Waals introduit l'idée qu'il existe des forces faibles attractives entre les molécules.
• 1885 :Johan Balmer trouve l'expression mathématique qui donne lalongueur d'onde des différentesraies duspectre de l'hydrogène.
• 1887 :Heinrich Hertz découvre l'effet photoélectrique.
• 1887 :Albert Michelson etEdward Morley, grâce à une expérience d'interférométrie sur levent d'éther, montre que lavitesse de la lumière est constante quelle que soit sa direction de propagation et quel que soit le mouvement du référentiel de l'observateur^[16].
• 1894 :Lord Rayleigh etWilliam Ramsay découvrent l'argon paranalyse spectroscopique du gaz restant après le retrait de l'azote et de l'oxygène de l'air.
• 1895 :William Ramsay découvre l'hélium terrestre par analyse spectroscopique du gaz produit par ladésintégration de l'uranium.
• 1896 :Henri Becquerel découvre laradioactivité de l'uranium.
• 1896 :Pieter Zeeman étudie la décomposition des raies D dusodium quand il est chauffé dans unchamp magnétique intense.
• 1897 :Joseph John Thomson découvre l'électron, signifiantambre en grec.
• 1898 :William Ramsay etMorris Travers découvrent lenéon, lekrypton, et lexénon.
• 1898 :Marie etPierre Curie isolent et étudient leradium et lepolonium.
• 1899 :Ernest Rutherford découvre que les rayonnements émis par l'uranium sont composés departicules alpha chargées positivement et departicules bêta chargées négativement.

• 1900 :Paul Villard découvre lesrayons gamma en étudiant la désintégration de l'uranium.
• 1900 :Johannes Rydberg affine l'expression mathématique concernant les longueurs d'onde des raies de l'hydrogène.
• 1900 :Max Planck établit l'hypothèse quantique et la loi de radiation ducorps noir.
• 1902 :Philipp Lenard observe que l'effet photoélectrique ne dépend pas de la puissance du faisceau lumineux mais de safréquence.
• 1902 :Theodor Svedberg propose que les fluctuations du bombardement moléculaire crée lemouvement brownien.
• 1905 :Albert Einstein explique l'effet photoélectrique par la quantification de l'énergie.
• 1905 :Albert Einstein introduit lathéorie de la relativité restreinte.
• 1905 :Albert Einstein propose une description théorique (vérifiée) du mouvement brownien.
• 1906 :Charles Glover Barkla découvre que chaque élément peut être caractérisé par rapport à son comportement auxrayons X et que la pénétration des rayons X dans un échantillon d'élément est reliée à lamasse atomique de cet élément.
• 1909 :Hans Geiger etErnest Marsden découvrent que desparticules alpha peuvent être fortement déviées par des feuilles métalliques minces.
• 1909 :Ernest Rutherford etThomas Royds démontrent que les particules alpha sont des atomes d'hélium ionisés deux fois.
• 1911 : Ernest Rutherford explique l'expérience de Geiger-Marsden en utilisant un modèle atomique nucléaire et définit la notion desection efficace.
• 1911 :Jean Perrin prouve l'existence des atomes et des molécules.
• 1912 :Max von Laue propose l'utilisation de réseauxcristallins pourdiffracter les rayons X.
• 1912 :Walter Friedrich (de) etPaul Knipping (de) diffractent les rayons X par dusulfure de zinc.
• 1913 :William Henry Bragg etWilliam Lawrence Bragg trouvent lacondition de Bragg pour la réflexion des rayons X forts.
• 1913 :Henry Moseley montre que lenuméro atomique est le vrai critère de discrimination des éléments.
• 1913 :Niels Bohr présente lemodèle quantique de l'atome.
• 1913 :Robert Millikan mesure lacharge électrique fondamentale.
• 1913 :Johannes Stark démontre que deschamps électriques intenses dédoublent lesraies spectrales de l'hydrogène.
• 1914 :James Franck etGustav Hertz observent l'excitation atomique.
• 1914 : Ernest Rutherford montre que les noyaux atomiques chargés positivement contiennent desprotons.
• 1915 :Arnold Sommerfeld affine le modèle atomique de Bohr en introduisant des orbites elliptiques pour expliquer lastructure fine des raies de l'atome d'hydrogène.
• 1916 :Gilbert Lewis etIrving Langmuir présentent le modèle en couches électroniques pour expliquer lesliaisons chimiques.
• 1917 : Albert Einstein présente l'idée d'émission stimulée de radiation.

• 1921 :Alfred Landé définit lerapport gyromagnétique.
• 1922 :Arthur Compton étudie la dispersion de photons X par des électrons.
• 1922 :Otto Stern etWalther Gerlach observent laquantification du spin.
• 1923 :Louis de Broglie suggère ladualité onde-particule.
• 1923 :Lise Meitner découvre l'effet Auger.
• 1924 :John Lennard-Jones propose une description semi-empirique des forces d'interaction inter-atomiques.
• 1924 :Satyendranath Bose et Albert Einstein définissent lastatistique de Bose-Einstein.
• 1925 :Wolfgang Pauli établit leprincipe d'exclusion quantique.
• 1925 :George Uhlenbeck etSamuel Goudsmit postulent l'existence duspin de l'électron.
• 1925 :Pierre Auger découvre l'effet Auger (2 ans après Lise Meitner).
• 1925 :Werner Heisenberg,Max Born etPascual Jordan formulent lamécanique quantique sous forme dematrices.
• 1926 :Erwin Schrödinger établit l'équation de Schrödinger qui définit la mécanique quantique sousforme analytique.
• 1926 : Erwin Schrödinger prouve que les deux formulations de la mécanique quantique sont mathématiquement équivalentes.
• 1926 :Oskar Klein etWalter Gordon établissent l'équation de lamécanique quantique relativiste.
• 1926 :Enrico Fermi découvre lethéorème spin-statistique.
• 1926 :Paul Dirac définit lastatistique de Fermi-Dirac.
• 1927 :Clinton Joseph Davisson,Lester Germer, etGeorge Paget Thomson confirment la nature ondulatoire des électrons.
• 1927 : Werner Heisenberg établit leprincipe d'incertitude.
• 1927 : Max Born interprète de manière probabiliste les fonctions ondulatoires.
• 1927 :Walter Heitler etFritz London présentent la théorie quantique de laliaison chimique établie à partir de la molécule d'hydrogène.
• 1927 :Llewellyn Thomas et Enrico Fermi développent lemodèle de Thomas-Fermi.
• 1927 : Max Born etRobert Oppenheimer présentent l'approximation de Born-Oppenheimer.
• 1928 :Chandrashekhara Venkata Râman étudie la dispersion de photons optiques par des électrons.
• 1928 : Paul Dirac établit sonéquation d'onde relativiste pour l'électron qui généralise et améliore l'équation de Klein-Gordon.
• 1928 :Charles Galton Darwin et Walter Gordon résolvent l'équation de Dirac pour unpotentiel coulombien.
• 1928 :Friedrich Hund etRobert S. Mulliken présentent le concept d'orbitale moléculaire.
• 1929 :Oskar Klein découvre leparadoxe de Klein.
• 1929 : Oskar Klein etYoshio Nishina étendent lasection efficace de Klein-Nishina aux photons de haute énergie émis par des électrons.
• 1929 :Nevill Mott étend lasection efficace de Mott à une émission coulombienne d'électrons relativistes.
• 1930 : Paul Dirac présente la théorieélectron-trou.
• 1930 : Erwin Schrödinger prédit l'existence du mouvement dezitterbewegung.
• 1930 : Fritz London explique que lesforces de van der Waals sont dues à l'interaction desmoments dipôlaire des molécules.
• 1931 :John Lennard-Jones propose le potentiel inter-atomique de Lennard-Jones.
• 1931 :Irène Joliot-Curie etFrédéric Joliot observent l'éjection de protons par le rayonnement, ils en ratent l'interprétation.
• 1931 : Wolfgang Pauli met en avant l'hypothèse duneutrino pour expliquer l'apparente violation du principe deconservation de l'énergie au cours de ladésintégration béta.
• 1931 :Linus Pauling découvre larésonance des liaisons atomiques et l'utilise pour expliquer la grande stabilité des molécules symétriques planes.
• 1931 : Paul Dirac montre que laconservation de la charge peut être expliquée par l'existence demonopôles magnétiques.
• 1931 :Harold Urey découvre ledeutérium.
• 1932 :John Cockcroft etErnest Walton cassent le noyau dulithium et dubore par bombardement de protons.
• 1932 :James Chadwick découvre leneutron.
• 1932 : Werner Heisenberg présente lemodèle proton-neutron du noyau et l'utilise pour expliquer lesisotopes.
• 1932 :Carl D. Anderson découvre lepositron.
• 1933 :Ernst Stueckelberg (1932),Lev Davidovich Landau (1932), etClarence Zener découvrent latransition de Landau-Zener.
• 1933 :Max Delbrück suggère que des effets quantiques causent l'émission de photons sous un champ électrique externe.
• 1934 : Irène Joliot-Curie et Frédéric Joliot bombardent des atomes d'aluminium avec des particules alpha et créent artificiellement duphosphore-30 radioactif.
• 1934 :Leó Szilárd réalise qu'uneréaction nucléaire en chaîne est possible.
• 1934 : Enrico Fermi formule la théorie de la désintégration bêta.
• 1934 : Lev Davidovich Landau explique àEdward Teller que desmolécules non-linéiques peuvent avoir desmodes de vibration qui lèvent la dégénérescence de certains états orbitaux (effet Jahn-Teller)
• 1934 : Enrico Fermi suggère de bombarder des atomes d'uranium par des neutrons pour obtenir un élément à 93 protons.
• 1934 :Pavel Alekseyevich Cherenkov rapporte l'émission de lumière quand des particules relativistes traversent unmilieu amorphe.
• 1935 :Hideki Yukawa présente la théorie le l'interaction forte et prédit l'existence desmésons.
• 1935 : Albert Einstein,Boris Podolsky, etNathan Rosen révèlent leparadoxe EPR.
• 1935 :Henry Eyring développe la théorie de latransition d'état.
• 1935 : Niels Bohr présente son analyse du paradoxe EPR.
• 1936 :Eugene Wigner développe la théorie de l'absorption des neutrons par le noyau atomique.
• 1936 :Hermann Arthur Jahn et Edward Teller présentent l'étude systématique des types desymétrie pour y trouver l'effet Jahn-Teller.
• 1937 :Hans Hellmann redémontre lethéorème de Hellmann-Feynman.
• 1937 :Seth Neddermeyer,Carl Anderson,J. Curry Street (en), et E.C. Stevenson découvrent lesmuons dans les traces laissées par desrayons cosmiques dans unechambre à bulles.
• 1939 :Richard Feynman trouve le théorème de Hellmann-Feynman.
• 1939 :Otto Hahn etFritz Strassmann bombardent des sels d'uranium par des neutrons et découvrent que dubaryum est produit par l'expérience.
• 1939 :Lise Meitner etOtto Robert Frisch déterminent qu'unefission nucléaire est intervenue lors de l'expérience de Hahn-Strassman.
• 1942 : Enrico Fermi conduit la premièreréaction en chaîne contrôlée.
• 1942 :Ernst Stueckelberg introduit le concept depropagateur dans la théorie du positron et interprète les positrons comme des électrons d'énergie négative qui remontent le temps.
• 1943 :Sin-Itiro Tomonaga publie l'article qui pose les bases physiques de l'électrodynamique quantique.
• 1947 :Willis Lamb etRobert Retherford mesurent ledéplacement de Lamb-Retheford.
• 1947 :Cecil Powell,César Lattes etGiuseppe Occhialini découvrent leméson pi par l'étude des rayons cosmiques.
• 1947 : Richard Feynman présente son approchediagrammatique de l'électrodynamique quantique.
• 1948 :Hendrik Casimir prédit l'effet Casimir, une force d'attraction due auvide entre les électrodes d'uncondensateur.
• 1951 :Martin Deutsch découvre lepositronium.
• 1952 :David Bohm propose son interprétation de la mécanique quantique.
• 1953 : R. Wilson observe une émission de Delbruck constituée de rayons gamma de 1.33 MeV en soumettant des noyaux deplomb à un champ électrique.
• 1954 :Chen Ning Yang etRobert Mills étudient une théorie de l'isospin deshadrons qui requiert l'invariance de jauge sous les rotations d'isospin. C'est le premier exemple dethéorie de jauge non-abélienne.
• 1955 :Owen Chamberlain,Emilio Segrè,Clyde Wiegand, etThomas Ypsilantis découvrent l'antiproton.
• 1956 :Frederick Reines etClyde Cowan détectent l'antineutrino.
• 1956 : Chen Ning Yang etTsung-Dao Lee prédisent laviolation de la parité par laforce nucléaire faible.
• 1956 :Chien-Shiung Wu observe uneviolation de parité par la force faible dans la désintégration ducobalt.
• 1957 :Gerhart Lüders démontre lethéorème CPT.
• 1957 : Richard Feynman,Murray Gell-Mann,Robert Marshak etGeorge Sudarshan proposent un lagrangien effectif pour décrire les interactions faibles.
• 1958 :Marcus Sparnaay (de) confirme expérimentalement l'effet Casimir.
• 1959 :Yakir Aharonov et David Bohm prédisent l'effet Aharonov-Bohm.
• 1960 :Robert G. Chambers confirme expérimentalement l'effet Aharonov-Bohm.
• 1961 :Murray Gell-Mann etYuval Ne'eman proposent lavoie octuple qui organise les baryons et mésons par octets et introduit une symétrie de saveur SU(3).
• 1961 :Jeffrey Goldstone étudie le phénomène debrisure de symétrie globale.
• 1962 :Leon Lederman montre que leneutrino électronique diffère duneutrino muonique.

• 1963 :Murray Gell-Mann etGeorge Zweig proposent le modèle desquarks.
• 1964 :Peter Higgs s'intéresse auxbrisures de symétrie locale.
• 1964 :John Stewart Bell montre que les théories déterministes àvariables cachées locales doivent satisfaire auxinégalités de Bell.
• 1964 :Val Fitch etJames Cronin observent laviolation de la symétrie charge-parité par la force faible lors de la désintégration de mésons K.
• 1967 :Steven Weinberg propose lathéorie électrofaible pour lesleptons.
• 1967 :Andreï Sakharov donne les conditions, ditesconditions de Sakharov, pour expliquer labaryogénèse avec violation de lasymétrie C et de lasymétrie CP.
• 1969 :John Clauser,Michael Horne (en),Abner Shimony (en), et Richard A. Holt proposent un test de la corrélation de polarisation de l'inégalité de Bell.
• 1970 :Sheldon Glashow,Jean Iliopoulos, etLuciano Maiani proposent lequark « charm ».
• 1971 :Gerard 't Hooft montre que le modèle électrofaible de Glashow-Salam-Weinberg peut êtrerenormalisé.
• 1972 :Stuart Freedman etJohn Clauser effectuent le premier test de la corrélation de polarisation de l'inégalité de Bell.
• 1973 :David Politzer décrit le phénomène deliberté asymptotique pour les quarks.
• 1974 :Burton Richter etSamuel Ting découvrent leméson psi, preuve de l'existence du quark «charme».
• 1974 : Robert J. Buenker etSigrid D. Peyerimhoff (en) introduisent la méthode d'interaction des configurations multi-références.
• 1975 :Martin Perl découvre lelepton tau.
• 1977 : S.W. Herb trouve la résonance upsilon, preuve de l'existence duquark « bottom ».
• 1982 :Alain Aspect,Jean Dalibard et Gérard Roger effectuent une corrélation de polarisation de l'inégalité de Bell qui montre, quand deux particules sont distantes, une corrélation rémanente de leurs fonctions d'onde.
• 1983 :Carlo Rubbia,Simon van der Meer, et l'équipe UA-1 duCERN trouvent lesbosonsW etZ.
• 1989 : La largeur de la résonance du boson Z intermédiaire indique l'existence de troisgénérations de quark-lepton.
• 1994 : LeCERN LEAR Crystal Barrel Experiment confirme l'existence desgluons.
• 1995 : Après 18 années de recherche est découvert auFermilab le quark «top», il possède une masse très élevée.
• 1998 : LeSuper-Kamiokande (Japon) annonce la détection d'une oscillation desneutrinos, impliquant pour eux l'existence d'unemasse non nulle.
• 2001 : L'Observatoire de neutrinos de Sudbury (Canada) confirme l'existence de l'oscillation des neutrinos.
• 2005 : À l'accélérateur de particulesRHIC duLaboratoire national de Brookhaven est créé un liquide quark-gluon de très faibleviscosité, peut-être duplasma quark-gluon.
• 2012 : le CERN annonce avoir identifié auLarge Hadron Collider, et avec un degré de confiance de 99,99997 % (5 σ), un nouveau boson dans un domaine de masse de l’ordre de 125-126 GeV, qui paraît compatible avec celui duboson de Higgs.

• Jack Lindsay,Les origines de l'alchimie dans l'Égypte gréco-romaine, Le Rocher,1986
• Trinh Xuan Thuan,La Plénitude du Vide, Paris, Albin Michel,2016, 341 p.(ISBN 9782226326423).

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