8 juin 2016

Transition de l'Atomique au Nucléaire

La physique fait de rapides progrès au début du XXème siècle à l'aide de la spectroscopie. En 1922, le prix Nobel de physique est attribué à Niels Bohr pour son modèle de structure atomique et le prix Nobel de chimie à Francis Aston pour ses travaux sur le spectrographe de masse ayant abouti à la loi des nombres entiers du noyau atomique.

En étudiant avec Rutherford la transmutation des éléments radioactifs, Frederick Soddy énonce la théorie des isotopes en 1913. L'année précédente, J.J. Thomson aidé par Aston avait obtenu deux faisceaux d'atomes de néon par déflection dans un champ électro-magnétique.

Après guerre, Aston peut enfin continuer ses travaux. Il suppose à juste titre que les deux populations d'atomes de néon sont des isotopes. Il faut effectuer des mesures plus précises. Aston améliore le spectrographe de masse en 1919 en focalisant le faisceau électro-magnétique. Il commence une étude systématique des éléments chimiques et découvre plus de 200 isotopes non radioactifs.

Considérant que le jury Nobel apprécie l'expérimentation, l'attribution du prix à Aston après 3 ans seulement de travaux personnels est extrêmement méritée. Ses mesures d'une précision sans précédent dans son domaine permettent d'évaluer la masse relative de l'atome sur une échelle centrée sur la valeur 16 pour l'oxygène et de connaître la proportion naturelle des isotopes de tous les éléments.

Les résultats d'Aston sont irréfutables et probants. En 1920, il énonce la loi des nombres entiers. L'arithmétique tombe juste à chaque fois, résolvant un des mystères de la chimie : la masse atomique d'un élément n'est pas un nombre entier parce qu'elle résulte d'un mélange d'isotopes dont chacun répond au nombre entier.

Aston parvient encore à améliorer la précision de ses mesures et découvre de petites déviations autour d' 1 % par rapport aux nombres entiers. Avec une remarquable intuition, il suppose l'existence de forces assurant la cohésion du noyau ainsi que la dualité énergie-matière. Cette découverte ouvre la voie à la physique nucléaire.

En 1932, Chadwick découvre le neutron, particule électriquement neutre de masse légèrement supérieure à celle du proton, expliquant complètement les déviations d'Aston.

Un lot assez volumineux de souvenirs des recherches d'Aston, incluant sa médaille et son diplôme Nobel, est estimé £ 200K à vendre par Bonhams à Londres le 15 juin, lot 112. Je vous invite à regarder la vidéo partagée par la maison de ventes.

Un lot similaire autour de la médaille et du diplôme Nobel attribués pour la physique à Chadwick en 1935 a été vendu pour $ 330K incluant premium par Sotheby's le 3 juin 2014.