Histoire de la radioactivité :
la radioactivité naturelle : un pas vers le nucléaire



En route vers le nucléaire (10/10)

Cette même année 1933 verra l'apparition d'une toute nouvelle particule dans la physique des hautes énergies : celle du neutrino - un terme signifiant petit neutron, en italien. Son existence, qui ne sera mise expérimentalement en évidence que vingt-trois ans plus tard par deux physiciens américains du nom de Frederick Reines et Clyde Lorrain Cowan, permettait alors d'expliquer le phénomène de la radioactivité b, soit l'émission d'électrons de haute énergie par certains radioéléments. Des électrons dont James Chadwick avait découvert, en 1914, que le spectre d'énergie n'était pas discret mais continu, contrairement à celui des particules a. Pourtant, l'énergie maximum du spectre de ces électrons semblait correspondre à la différence d'énergie entre le noyau initial et le noyau final. L'utilisation d'un calorimètre avait par ailleurs permis à CD Ellis et W. Wooster de montrer que l'énergie absorbée par chaque électron coincidait avec l'énergie moyenne de ce spectre. Wolfgang Pauli (1900 - 1958) suggéra donc que l'émission de chaque électron par le radioélément considéré s'accompagna de celle d'une autre particule - d'une particule neutre, de masse très petite voire nulle et de spin égal à 1/2. Telles sont précisément les caractéristiques du neutrino.

Wolfgang Pauli (1900-1958)

Distribution énergétique des électrons émis lors de la désintégration d'un radioélément. Ce spectre en énergie présente un maximum en Emax, qui correspond à la différence d'énergie entre le notau initial et le noyau final. Le fait que la plupart des électrons transportent une énergie inférieure à Emax suggère la création simultanée d'autres particules, les neutrinos.

Pour autant, l'origine de ces électrons et neutrinos demeurait mystérieuse. S'il ne faisait aucun doute que la radioactivité b résultait, au même titre que la radioactivité a, de la désintégration du noyau du radioélément considéré, il paraissait bien établi en revanche que ce noyau n'était constitué que de protons et de neutrons, en effet. A cette apparente contradiction, le physicien italien Enrico Fermi (1901 - 1954) apporta l'explication suivante : chacun des neutrons constituant le noyau du radioélément considéré est susceptible de se transformer en un proton avec émission simutanée d'un électron et d'un neutrino de grandes énergies. Le principe de conservation de l'énergie se trouvait ainsi respecté et la nature continue du spectre d'énergie des électrons expliquée. De même, la grande variété des périodes de désintégration observées.

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