Épisode 7 : Découverte de la radio-activité alpha (1908)

Ernest Rutherford a vécu à cheval entre le XIXème et le XXème siècle, à l’époque où l’on commence à faire les premières découvertes sur la radio-activité (Becquerel vient en 1896 de mettre en évidence que l’Uranium émet un rayonnement continu, un rayonnement qui ne porte pas encore de nom et dont la nature reste un profond mystère).

Rutherford, depuis tout-petit, étudie le comportement de l’air lorsqu’il est bombardé par des rayons X. L’air a la faculté de s’ioniser, c’est-à-dire de se charger électriquement. La quantité de courant électrique ainsi produite peut même être mesurée en plaçant l’air entre deux plaques conductrices.

La découverte de la nature du rayonnement radio-actif

Prenant connaissance des travaux de Becquerel, Rutherford décide de faire l’expérience en bombardant, cette fois-ci, de l’air avec le rayonnement issu de l’uranium. L’air est bien ionisé et ses détecteurs mesurent bien le courant produit par la ionisation…

Mais le rayonnement refuse de livrer son secret. Qu’est ce qui peut bien ainsi sortir de l’atome d’uranium et qui a la faculté de ioniser les molécules d’air ?

Il cherche encore. Il couvre progressivement son échantillon d’uranium de fines feuilles de d’or. Le courant diminue brutalement, mais sans s’éteindre complètement. Il reste un entre-filet, une fine farandole d’électrons qui vient titiller ses détecteurs. Qu’en déduire ? Rutherford pense qu’une partie du rayonnement est arrêtée par les fines feuilles d’or et que l’autre les traversent allégrement. Il n’y a donc pas un, mais deux rayonnements différents ! Le premier (le moins pénétrant), il l’appellera « alpha » et le second (qui traverse l’obstacle), il le nommera bêta.

Il recommence son expérience, mais cette fois-ci en substituant à l’uranium du thorium, aussi connu pour son rayonnement naturel et continu. Rien de particulier n’attire son attention, jusqu’à qu’une assistante ouvre la porte du laboratoire et perturbe, par son appel d’air impromptu, les résultats de l’expérience ! Que s’est-il passé ? Le rayonnement serait-il sensible aux mouvements des molécules d’air ? Pour être ainsi aspirés par le moindre courant d’air, serait-il constitué lui-même d’atomes légers ?

Rutherford regarde de plus près. Les particules mystérieuses émises par le thorium semblent aussi rayonner, mais pas indéfiniment. Au bout d’un quart d’heure, il ne mesure plus rien entre ses électrodes.

A l’époque, on ne rigole pas avec la matière. Pour un chimiste qui se respecte, il est impossible de transformer du plomb en or ou du thorium en quoi que ce soit d’autres. Pourtant, les résultats de Rutherford semblent rejoindre ceux du couple Curie qui avait remarqué qu’un échantillon radioactif (qui rayonne) perd de la masse. Se peut-il qu’un atome puisse ainsi perdre du poids ?

Rutherford veut en savoir plus. Quelle est cette étrange particule qui est émise ainsi spontanément par l’atome d’uranium ou de thorium ? Il l’expose à des champs électriques, à des champs magnétiques. Il peut ainsi montrer que la particule est neutre électriquement et il mesure même sa masse. Finalement, il réussit en 1908 à déterminer que les fameuses particules alpha sont de l’hélium ! Un élément peut ainsi se transformer en un autre, en émettant, de plus, une grande quantité d’énergie.

Tout est en place pour que, un demi-siècle plus tard, on fabrique une bombe atomique.

 

Découverte du noyau de l’atome

Rutherford continue à un train d’enfer. Il bombarde toujours encore plus de matériaux avec ses précieuses particules alpha. Il observe, qu’en les envoyanLes pères de la mécanique quantique : 1908, Ernest RUTHERFORD découvre la radioactivité alphat vers une feuille de mica, la plupart continue allégrement leur chemin en ligne droite, alors qu’une infime partie est déviée de manière importante. Pour laisser ainsi plus de 99 pour cents des particules alpha passer sans encombre, la matière doit être essentiellement constituée de vide ! L’infime fraction déviée, en revanche, doit l’être par un morceau de l’atome. Il vient de mettre en évidence l’existence du noyau de l’atome, central et massif, autour duquel tourne, à bonne distance, des électrons.

C’est le cortège d’électrons qui tourne comme des toupies autour du noyau qui fait la taille de l’atome. L’atome est donc essentiellement du vide !

Le premier alchimiste

Rutherford fut le premier à démontrer que l’on peut, si on s’y prend bien, transformer du plomb en or !

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Les pères de la mécanique quantique, Physique

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