Antimatière : D’étranges observations…

> > Antimatière : D’étranges observations… ; écrit le: 28 mars 2012 par azza modifié le 17 novembre 2014

D’étranges observations

Nous avions laissé les deux chercheurs de l’institut du radium, au tout début de l’année 1932, quelque peu déçus d’avoir manqué d’un cheveu une grande découverte. Mais ils ne s’étaient pas découragés pour autant. Les questions à résoudre restaient nombreuses, et leur laboratoire disposait d’atouts majeurs dans le domaine expéri­mental. Il y avait d’abord leurs sources radioactives. Comme nous l’avons déjà évo­qué, après avoir été les maîtres incontestés du radium, les chercheurs parisiens avaient mis au point des procédés originaux pour la préparation de sources de polonium, autre élément chéri de Marie Curie. Il s’agissait du polonium 210. Sa période radioactive (138 jours, soit environ 4,5 mois), la plus longue parmi les isoto­pes de cet élément, permettait d’utiliser les sources en question pendant des durées de l’ordre de l’année avant que leur activité ne soit devenue trop faible. Le rayonnement a de 5,3 millions d’électron-volts (5,3 MeV) n’était pas parmi les plus énergétiques, mais il permettait néanmoins de produire efficacement des neutrons en l’utilisant pour bombarder des cibles de béryllium et d’autres éléments légers.

Comme nous l’avons également signalé, Frédéric Joliot, expérimentateur de ta­lent, venait de construire une chambre de Wilson. De hautes performan­ces, pouvant notamment être placée dans un champ magnétique. Les particules chargées y laissaient alors une trace en arc de cercle, parcourue dans le sens direct lorsque leur charge q était d’un certain signe, et dans le sens rétrograde, ou sens des aiguilles d’une montre, pour les particules de signe opposé. La densité de ces traces permettait de compléter leur identification, et la courbure des trajectoires observées fournissait la valeur de la quantité m . v/q. Leur vitesse v- et donc leur énergie – pou­vait en être déduite connaissant leur masse m et leur charge q.

Ainsi, puissamment équipés de ce matériel et de tous les acquis du laboratoire de Marie Curie – parmi lesquels figuraient notamment des chambres d’ionisation performantes -, les deux chercheurs se lancent, avec tout leur dynamisme, dans l’étude de la production de neutrons et des phénomènes qui lui sont associés. Ils veulent, en particulier, étudier l’énergie minimale que doit posséder une particule a pour donner naissance à un neutron par collision avec des noyaux de béryllium, de bore ou des autres éléments légers jusqu’à l’aluminium. Au cours de ces études, le détecteur qu’il emploient le plus souvent est une chambre d’ionisation remplie d’un gaz hydrogéné, comme le méthane (CH4) ou le butane (C4H10). Ce sont en effet, rappelons-le, les protons projetés par collision des neutrons avec les noyaux d’hydrogène de ces molécules qui produisent l’ionisation détectée par cet instrument. Cependant, Frédéric et Irène Joliot utilisent également leur chambre de Wilson toute neuve, qui offre l’intérêt de visualiser les trajectoires. Ils ont placé un écran de paraffine près de la fenêtre d’entrée de ce détecteur (à l’extérieur), et observent les protons projetés hors de cet écran par les neutrons. Ces protons sont accompagnés de nombreux électrons de diverses origines. Mais, fait surprenant, parmi les trajectoires de ces électrons, toutes incurvées vers la gauche conformément au sens du champ magnétique appliqué, apparaissent quelques traces incurvées vers la droite.Une telle courbure semble indiquer que les particules en question possèdent une charge positive. Mais ces traces sont trop fines pour être attribuées aux seuls corpuscules positifs connus, les protons. Irène et Frédéric trouvent alors une autre explication : il s’agit bien d’électrons, mais ceux-ci ne se dirigent pas de la source vers l’intérieur de la chambre, mais dans l’autre sens ! C’est leur vitesse qui est inversée, non leur charge. L’origine de ces particules est cependant mystérieuse, et leur façon de voyager à l’opposé des autres pour le moins étrange…

Cependant, à l’automne de cette année 1932 parvient une nouvelle qui glace le sang dans les veines des époux Joliot. En observant le rayonnement cosmique, à l’aide d’une chambre de Wilson analogue à la leur, le chercheur américain Anderson vient d’identifier une nouvelle particule, en tout point identique à l’électron, mais de charge positive ! C’est le positon prévu par Dirac en 1928 et 1931 ! L’année 1932 a décidément été mauvaise pour les deux chercheurs français. Après le neutron, ils ont été parmi les tout premiers à observer le positon, mais sans le reconnaître !

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