De l'atome au noyau


Où l'atome révèle sa structure interne ... (1/9)

A cette époque à laquelle l'existence des atomes ne faisait guère plus de doute, leur indivisibilité supposée depuis des milliers d'années se trouva en un instant rejetée par une expérience clé : en 1897, il apparut à Sir Joseph John Thomson (1856-1940) en effet que le rayonnement cathodique, obtenu par des décharges électriques dans des tubes à gaz raréfiés, était constitué de corpuscules identiques tous porteurs d'électricité négative - des corpuscules que George Johnstone Stoney (1826-1911) nomma électrons, et dont des mesures précises, effectuées par Robert Andrews Millikan (1868-1953), permirent de fixer la charge et la masse respectivement à 1,6021. 10-19 Cb et 9,1095.10-31 kg.



Portrait de Joseph John Thomson (1856-1940)



En appliquant des champs électriques et magnétiques statiques au rayonnement cathodique produit dans un tube de décharge à basse pression, JJ Thomson parvint à déterminer la charge spécifique des électrons, soit le rapport de leur charge à leur masse.
Dans un gaz maintenu à basse pression, un courant électrique de faible intensité circule naturellement entre
la cathode et l'anode. Lorsque la pression du gaz avoisine 1mm de mercure, cette décharge électrique s'accompagne de l'émission de lumière. A pression encore plus basse, une région de couleur sombre apparaît à proximité de la cathode, jusqu'à envahir complètement le tube à des pressions inférieures à 0,001 mm de mercure. Un orifice créé dans l'anode suffit alors à produire une lueur verte dans le tube de décharge. Les agents responsables de ce phénomène furent nommés rayons cathodiques, dont Jean Perrin démontra en 1895 qu'ils transportaient une charge d'électricité négative.


Ces valeurs ne dépendant nullement de la nature du gaz au sein duquel ils étaient produits, chacun des éléments chimiques connus alors apparaissant de plus susceptible de les produire, Joseph John Thomson déduisit que les électrons entraient vraisemblablement dans la constitution de tous les atomes. Mieux encore, que leur découverte constituait "un premier pas vers la connaissance de la structure de l'atome" (1919). Une découverte qui n'était naturellement pas sans poser de nombreuses interrogations. Ainsi, combien d'électrons possèdent l'atome d'azote, l'atome d'oxygène ou bien encore cet atome d'uranium dont Pierre et Marie Curie, Ernest Rutherford et Paul Villard étudiaient la nature des rayonnements émis lors de sa désintégration spontanée ? Quel rôle ces électrons dont la faible masse, comparée à celle de l'ion hydrogène, laissait entrevoir de modestes dimensions, jouent-ils au sein de l'atome ? Leur nombre étant par ailleurs relativement faible, d'où provient la quasi-totalité de la masse atomique ?

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