Joseph John Thomson et la saga de l'électron

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Joseph John Thomson et la saga de l’électron

Nous avons déjà signalé que Röntgen travaillait sur les décharges dans les gaz, et que c’était ce type de recherche qui devait conduire à la mise en évidence de l’électron. On savait en effet, depuis le xvra^e siècle, que l’électricité pouvait se propager dans les gaz, tout comme dans les solides. Après les premiers travaux du britannique Michael Faraday, vers 1850, et ceux de l’Allemand Julius Plücker, en 1858, c’est I’An- glais William Crookes qui, en 1879, avait attaché son nom à ce type d’études. Dans son ampoule, le fameux « tube de Crookes », où régnait un « vide » de 0,01 millimètre de mercure, 11 avait Introduit un écran en forme de croix de Malte. L’ombre portée de cette croix était nettement apparue sur la tache luminescente visible à l’avant du tube, ce qui prouvait que les rayons cathodiques se propagent en ligne droite .

Comme ils étaient observés pour des vides de plus en plus poussés, ces rayons semblaient bien être l’essence même de l’électricité. Dans les années qui suivirent, les physiciens furent partagés entre deux hypothèses : s’agissait-il de corpuscules, les fameux « quanta » d’électricité, qu’en 1891, l’irlandais George J. Stoney proposera d’appeler « électrons », ou bien ces rayons étaient-ils des ondes comparables aux rayonnements électromagnétiques ?

En 1895, le savant français Jean Perrin, en utilisant un tube à décharges dans lequel la paroi de verre possédait une ouverture obturée par une feuille mince, parvint à recueillir ces rayons dans un collecteur métallique relié à un électromètre. Il montra ainsi qu’ils transportaient avec eux des charges négatives. Cette expérience apportait une forte présomption en faveur de leur nature granulaire.

Cependant, c’est au Britannique Joseph John Thomson que revint l’honneur de ce qu’on a appelé la découverte de l’électron, et qui n’était en somme que l’aboutissement de toutes ces années de recherche. Si le corpuscule d’électricité existait, il devait avoir une masse m et une charge. D’après Jean Perrin, cette dernière devait posséder une valeur négative (-e). L’apport de Thomson fut de concevoir une expérience permettant de mesurer, non pas e et m, ce qui paraissait inaccessible, mais le rapport e/m, ce qui représentait déjà un grand pas .

Thomson confirme tout d’abord la valeur négative de la charge de l’électron. Ensuite, il répète l’expérience en changeant la nature du gaz remplissant initialement le tube. Quel que soit ce gaz, il trouve que le rapport e/m est inchangé et égal à environ 10ⁿ coulomb par kilogramme. Ce résultat établit deux faits : premièrement, ce sont bien des corpuscules qui constituent les rayons cathodiques, et deuxièmement, leur nature ne dépend pas du gaz restant dans le tube après pompage. Ils sont donc bien caractéristiques du phénomène électrique proprement dit.

Un peu plus tard, Thomson mesurera une valeur approchée de la charge de l’électron – et, ipso facto, de sa masse – en utilisant des brouillards chargés dans une chambre de Wilson, et en 1909 le physicien américain Robert A. Millikan déterminera ces deux valeurs avec précision.

Comme nous le verrons plus loin, la saga de l’électron était loin d’être achevée.

Mais c’était l’expérience de Thomson de 1897 qui avait réellement apporté une réponse à la question de l’existence même de cette particule, et c’est donc justice que la découverte de l’électron lui ait été attribuée.