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und ihre Elektronenstruktur, zu beschreiben. Daher wurde das bohrsche Atommodell zugunsten des sogenannten Orbitalmodells des Atoms verworfen, das beschreibt, in welchen Gebieten die Elektronen sich am wahrscheinlichsten aufhalten.

Schematische Darstellung eines einfachen Massenspektrometers.

Die Entwicklung des Massenspektrometers ermöglichte es, Atommassen genau zu messen. Das Gerät verwendet einen Magneten, um einen Ionenstrahl auf eine gekrümmte Bahn zu lenken. Die Ablenkung wird dabei durch das Verhältnis der Masse der Ionen zu ihrer Ladung bestimmt. Francis William Aston zeigte mit einem solchen Instrument, dass Isotope des gleichen Elements verschiedene Atommassen haben und dass diese sich um ganzzahlige Vielfache der Masse des Wasserstoffatoms unterscheiden. Die Erklärung für die Existenz verschiedener Isotope gelang mit der Entdeckung des Neutrons, eines neutralen Teilchens mit einer Masse ähnlich der des Protons, durch James Chadwick im Jahr 1932. Isotope wurden als Atomsorten mit gleich vielen Protonen, aber verschieden vielen Neutronen im Atomkern erklärt.

Der deutsche Chemiker Otto Hahn, ein Schüler Rutherfords, untersuchte im Jahr 1938 Atomkerne. Dazu beschoss er Uran-Atome mit Neutronen in der Erwartung, dass sich die Masse der Atome erhöht, also Transurane entstehen. Chemisch wurde jedoch

überraschenderweise Barium nachgewiesen. In einem Brief unterrichtete er seine Mitarbeiterin Lise Meitner, die aufgrund ihrer jüdischen Religion vor den Nazis nach Schweden geflohen war, über die experimentellen Befunde und merkte dabei an, dass das Uran ja „nicht in Barium zerplatzt sein kann“. Lise Meitner und ihr Neffe Otto Frisch konzipierten eine neue Versuchsanordnung: nach der Bestrahlung von Uran mit Neutronen suchten sie mittels einer Ionisationskammer explizit nach leichten Spaltprodukten, waren dabei erfolgreich und konnten Hahns Ergebnis als Kernspaltung interpretieren (siehe auch: Entdeckung der Kernspaltung). Hahn erhielt den Nobelpreis für Chemie des Jahres 1944, wobei der Beitrag von Meitner und Frisch, trotz dahingehender Bemühungen Hahns, nicht berücksichtigt wurde.

In den 1950er Jahren ermöglichte die Entwicklung verbesserter Teilchenbeschleuniger und Teilchendetektoren die Untersuchung von Atomen bei sehr hohen Energien. Die „Tiefinelastische Streuung“ von Elektronen sehr hoher Energie an Atomkernen zeigte, dass Neutronen und Protonen Hadronen sind, die aus Quarks zusammengesetzt sind.

1985 entwickelte eine Arbeitsgruppe um Steven Chu an den Bell Labs ein Verfahren, die Temperatur von Atomen mittels Laserstrahlung stark zu verringern. Im selben Jahr gelang es einer Gruppe um William D. Phillips, Natriumatome in einer Magnetfalle einzuschließen. Durch Kombination dieser Verfahren mit einer Methode, die den Dopplereffekt benutzt, gelang es einer Arbeitsgruppe um Claude Cohen-Tannoudji, geringe Mengen von Atomen auf einige Mikrokelvin zu kühlen. Dieses Verfahren ermöglicht es, die Atome mit hoher Genauigkeit zu untersuchen, und ermöglichte auch die experimentelle Realisierung der Bose-Einstein-Kondensation. In den 2000er Jahren wurde die Handhabbarkeit einzelner Atome durch neue Technologien unter anderem genutzt um einen Transistor aus nur einem Metallatom mit organischen Liganden herzustellen.