<html> <head><title>Ernest Rutherford 1871-1937</title></head> <body bgcolor="#FFFFFF">  <h1 align="center"><em>Ernest Rutherford</em></h1> <center> <img align="center" src="portrait.jpg"></center> <p>  <hr>  Ernest Rutherford, Baron Rutherford de Nelson et de Cambridge, est n en Nouvelle-Zlande le 30 Aot 1871  Brightwater, et s'est teint le 19 Octobre 1937  Cambridge en Angleterre. <p> Ernest Rutherford est considr comme le pre de la physique nuclaire. Il a dcouvert les rayonnements alpha et beta, et que la radioactivit s'accompagnait d'une dsintgration des lments, ce qui lui valut un prix Nobel de Chimie en 1908.  C'est aussi lui qui a mis en vidence l'existence d'un noyau atomique, dans lequel taient runies toute la charge positive et presque toute la masse de l'atome, et qui a russi la toute premire transmutation artificielle. <p> Si pendant la premire partie de sa vie il se consacra exclusivement  sa recherche,  il passa la deuxime moiti de sa vie  enseigner et  diriger  le laboratoire de Cavendish,  Cambridge, o fut dcouvert le neutron, et o vinrent se former Bohr ou Oppenheimer. Son influence dans ce domaine de la physique qu'il a dcouvert fut donc particulirement importante.  <p> <hr>  <h2>Les premires annes</h2>  Ernest Rutherford tait le quatrime des douze enfants  de James et Martha Rutherford. Son pre tait fermier, mais aussi mcanicien, ingnieur voire meunier, tandis que sa mre, avant leur mariage, tait institutrice. Tous deux tenaient  ce que leurs enfants recoivent une bonne ducation et puissent poursuivre des tudes. <p> Ernest Rutherford se dinstingua trs rapidement par sa curiosit et ses dons pour l'arithmtique. Il fut encourag en cela  par ses parents et par son instituteur, et se rvla un trs brillant lve par la suite, ce qui lui permit d'entrer au Nelson College et d'y passer trois ans. Il tait galement trs dou pour le rugby, et trs populaire dans son cole. La dernire anne, il termina premier dans toutes les matires, ce qui lui permit d'entrer  l'universit au Canterbury College, o il continua  exercer le rugby et o il participa  des clubs de science et de reflexion. <p> Le gnie de Rutherford pour l'exprimentation put  cette poque commencer  se manifester : ses premires recherches montrrent que le fer pouvait tre magntis par les hautes frquences, ce qui tait en soi une dcouverte. Ses excellents rsultats scolaires lui permirent de continuer ses tudes et ses recherches pendant 5 ans en tout dans cette universit  - il avait en effet remport la seule bourse de Nouvelle-Zlande pour tudier les mathmatiques, et survcu la dernire anne en donnant des cours. Il obtint ainsi le titre de "Master of Arts" avec une double premire classe en mathmatiques et en physique. En 1894 il obtint le titre de "Bachelor of Science" (bachelier en science) ce qui lui permit d'aller continuer ses tudes en Angleterre dans le laboratoire de Cavendish,  Cambridge sous la direction du dcouvreur de l'lectron, J. J. Thomson  partir de 1895.  Il tait le premier tudiant venant d'outre-mer  obtenir cette possibilit. Avant de partir de Nouvelle-Zlande, il se fiana avec  Mary Newton, une jeune fille de Christchurch.  <p><hr><h2> Cambridge, 1895-1898 </h2> Il continua tout d'abord ses travaux sur les ondes hertziennes, et sur leur rception  grande distance, fit un expos remarquable de ses travaux devant la Cambridge Physical Society, et fut  publi dans les Philosophical Transactions de la Royal Society of London, fait rare pour un si jeune chercheur, et qui lui procura une grande fiert. <p> En dcembre 1895, il se mit  travailler avec Thomson  l'tude de l'effet des rayons X sur un gaz. Il dcouvrirent alors  que les rayons X avaient la proprit d'ioniser l'air, puisqu'ils purent montrer que cela produisait de grandes quantits de particules charges, autant positives que ngatives, et que ces particules pouvaient se recombiner pour donner des atomes neutres. De son ct, Rutherford inventa alors une technique pour mesurer la vitesse des ions, et leur taux de recombinaison. Ce furent les travaux qui l'orientrent dfinitivement dans la voie qui l'a rendu clbre. <p> En 1898, aprs trois ans passs  Cambridge et  l'ge de 27 ans, on lui propose une chaire de physique  l'universit Mc Gill de Montral, qu'il s'empresse d'accepter, voyant l l'occasion de faire venir auprs de lui celle qui l'attend en Nouvelle-Zlande.  <p><hr><h2> Montral, 1898-1907 : Radio-activit </h2>  Becquerel dcouvre  cette poque (1896) que l'uranium mettait un rayonnement inconnu, le "rayonnement uranique". Rutherford publia en 1899 un papier essentiel, o il tudiait la faon que pouvaient avoir ces rayonnements d'ioniser l'air, en plaant de l'uranium entre deux plaques charges, et en mesurant le courant qui passait. Il tudia ainsi le pouvoir de pntration des rayonnement, en couvrant ses chantillons d'uranium avec des feuilles mtalliques d'paisseurs diffrentes. Il remarqua que l'ionisation commenait par diminuer trs rapidement avec l'augmentation de l'paisseur des feuilles, puis au del d'un certain seuil diminuait trs doucement. Il en dduisit que l'uranium mettait deux radiations diffrentes, parce que de pouvoirs de pntration diffrents. Il nomma la radiation la moins pntrant le rayonnement alpha, et la radiation la plus pntrante (et qui produisait forcment une moindre ionisation puisqu'elle traversait l'air) le rayonnement beta.  <p><img src="alpha.jpg"><p>  En 1900, Ernest Rutherford pouse Mary Newton, et du mariage nat en 1901 la seule fille de Rutherford, Eileen. <p> A cette poque, Rutherford tudie le thorium, et constate en utilisant le mme dispositif que pour l'uranium, que le fait d'ouvrir une porte dans le laboratoire perturbe nettement l'exprience - comme si les mouvements de l'air dans l'exprience pouvait la perturber. <p> Il en vient vite  la conclusion que le thorium dgage une manation, elle aussi radio-active, puisqu'en aspirant l'air  qui entoure le thorium, il s'aperoit que cet air laisse facilement passer le courant, mme  grande distance du thorium.   <p><img aligne="center" src="thorium.jpg"><p>  Seulement, il fait aussi la dcouverte que les manations du thorium ne restent radioactives qu'une dizaine de minutes - et que ce sont des particules neutres. Leur radio-activit n'est perturbe par  aucune raction chimique, ni changement de conditions (temprature, champ lectrique). Il trouve mme que la radioactivit de ces particules dcroit exponentiellement, puique le courant qui passe entre les lectrodes fait de mme, et dcrouvre ainsi la priode des lments radio-actifs en 1900. Avec l'aide d'un chimiste de Montral, Frederick Soddy il en arrive en 1902  la conclusion que les manations du thorium sont bien des atomes radioactifs, mais sans tre du thorium,  et que la radio-activit s'accompagne donc d'une dsintgration  des lments.  <p> Cette dcouverte provoqua bien entendu une grande  agitation parmi les chimistes, trs attachs au concept  d'indestructibilit de la matire.   C'est sur ce concept qu'tait d'ailleurs btie une grande partie de la science de l'poque. Cette dcouverte est donc un vritable boulversement. Mais la qualit des travaux de Rutherford ne pouvait laisser de doute. Curie lui-mme n'acceptera cette ide que deux ans plus tard, alors qu'il avait dj constat avec Marie Curie que la radioactivit s'accompagnait d'une perte de masse des chantillons - il pensait que les atomes perdaient du poids sans changer de nature. <p> Les travaux de Rutherford furent reconnus en 1903 par la Royal Society. Il rsuma le rsultat de ses recherches dans un livre intitul "Radio-activit" en 1904, o il expliquait que la radioactivit n'tait pas influence par les conditions extrieures de pression de temprature, ni par les ractions chimiques, mais qu'elle produisait un dgagement de chaleur suprieur  celui d'une raction chimique. Il expliquait galement que de nouveaux lments taient produits, avec des caractristiques chimiques diffrentes, tandis que les lments radioactifs disparaissaient.  <p> Avec Frederick Soddy, il estime que le dgagement d'nergie d aux dsintgrations nuclaires est de 20 000  100 000 fois plus important que celui qui rsulterait d'une raction chimique. Il met galement l'ide qu'une telle nergie pourrait expliquer l'nergie dgage par le soleil. Avec Rutt, il estime mme que si la terre conserve  une temprature constante (en tous les cas pour ce qui est de son noyau), c'est sans doute d aux ractions de dsintgration qui se produisent en son sein. Cette ide d'une grande nergie potentielle contenue dans les atomes trouvera un an aprs un dbut de confirmation thorique avec la dcouverte  d'Einstein de l'quivalence masse-nergie. Otto Hahn, le dcouvreur de la fission nuclaire, viendra tudier avec Rutherford  Mc Gill pendant quelques mois, suite  ces travaux. <p>    Il commence ds 1903  se poser des questions  sur la nature exacte des rayonnements alpha, et en leur faisant traverser des champs lectriques et magntiques en dduit leur vitesse, le signe (positif) de leur charge, et le rapport entre leur charge et leur masse. C'est la voie qui le mnera vers ses travaux les plus clbres. Pendant son sjour  Mc Gill, il publiera environ 80 articles, et inventa de nombreux dispositifs sans rapport avec la physique nuclaire. <p><hr><h2> Manchester, 1907-1919 : le noyau atomique</h2>  En 1907, il obtient un poste de professeur  l'universit de Manchester, o il travaille avec Hans Geiger. Avec ce dernier, il invente le compteur Geiger : il permet de dtecter les particules mises par les substances radioactives, car en ionisant le gaz qui se trouve dans l'appareil, elles produisent une dcharge dtectable. Ce dispositif leur permet d'estimer le nombre d'Avogadro de faon trs directe : en connaissant la priode du radium, et en mesurant grce  leur appareil le nombre de dsintgrations par unit de temps, ils en dduisent en effet le nombre d'atomes de radium prsents dans leur chantillon.  <p> En 1908, avec un de ses tudiants, Thomas Royds, il prouve dfinitivement ce qu'on supposait,  savoir que les particules alpha sont bien des noyaux d'hlium. Ou plutt, qu'une fois dbarasses de leur charge, les particules alpha sont des atomes d'hlium. Pour le prouver, il isole la substance radioactive dans un matriau suffisamment fin pour que les particules alpha le traversent effectivement, mais pour que cela bloque toute "manation" des lments radioactifs, c'est  dire tout produit de la dsintgration. Il recueille ensuite le gaz qui se trouve autour de la boite qui contient les chantillons, et analyse son spectre. Il y trouve alors une grande quantit d'hlium : les noyaux que sont les particules alpha ont rcupr des lectrons  disponibles. <p> Il obtient la mme anne le prix Nobel de Chimie pour ses travaux de 1902. Il en concevra une petite dception cependant, car il se considre avant tout comme un physicien. Une des ses citations clbres est "La science, soit c'est de la physique, soit c'est de la philatlie.", voulant sans doute signifier par l qu'il plaait la physique au dessus des autres sciences. <p> C'est en 1911 qu'il fera sa plus grande contribution  la science en dcouvrant le noyau atomique. Il avait observ  Montral qu'en bombardant une fine feuille de mica avec des particules alpha, on obtenait une dflection de ces particules. Geiger et Marsden refaisant de faon plus pousse ces expriences et en utilisant une feuille d'or, constatrent que certaines particules alpha taient dvies de plus de 90 degrs. Rutherford mit alors l'hypothse, dont Geiger et Marsden confrontrent les conclusions  l'exprience, qu'au centre de l'atome devait se trouver un "noyau" contenant presque toute la masse et toute la charge positive de l'atome, les lectrons dterminant en fait la taille de l'atome. Ce modle plantaire avait t suggr en 1904 par un japonais, Hantaro Nagoaka,  mais tait pass inaperu - on y objectait que les lectrons auraient d rayonner en  tournant autour du noyau central, et donc y tomber. Les rsultats de Rutherford montrrent que ce modle tait sans doute le bon,  puisqu'il permettait de prvoir avec exactitude le taux de diffusion des particules alpha en fonction de l'angle de diffusion et de la taille  de l'atome. Les dernires objections thoriques (sur le rayonnement de l'lectron) tombrent avec le dbut de la thorie quantique,  et l'adaptation par Niels Bohr du modle de Rutherford  la thorie  de Planck - dmontrant ainsi la stabilit de l'atome de Rutherford. <p><img align="center" src="noyau.jpg">   En 1914 dbute la premire guerre mondiale, et Rutherford se concentre alors sur les mthodes acoustiques de dtection des sous-marins. <p> Une fois la guerre termine, en 1919, il produit la premire transmutation artificielle. Aprs avoir observ les protons produits par le bombardement d'hydrogne par des particules alpha (en observant les scintillations que les  produisent sur des crans recouverts de sulfide de zinc), il s'aperoit qu'il a beaucoup de ces scintillations si il fait la mme exprience avec de l'air, et mieux, avec de l'azote pur. Il en dduit alors que les particules alpha, en heurtant les atomes d'azote, ont produit un proton - c'est  dire que le noyau d'azote a chang de nature et s'est transform en oxygne, en absorbant la particule alpha. Rutherford venait de produire la premire transmutation artificielle  de l'histoire. Certains disent qu'il fut le premier alchimiste  russir. <p><hr><h2> Cambridge, 1919-1937 : L'ge d'or de Cavendish</h2>  La mme anne, il succde  J.J.Thomson au laboratoire de Cavendish, et en devient le directeur. C'est le dbut d'un ge d'or pour le laboratoire, et pour Rutherford, mme si les travaux de recherche de ce dernier vont  marquer le pas. Cependant,  partir de cette poque, son influence sur la recherche dans le domaine de la physique nuclaire est norme. Par exemple, dans une confrence qu'il donne devant la Royal Society, il fait dj allusion  l'existence du neutron et des isotopes de l'hydrogne et de l'hlium. Et c'est au  laboratoire de Cavendish, sous son impulsion, que ceux-ci seront dcouverts. Chadwick, dcouvreur du neutron,  Bohr, qui montra que le modle plantaire de Rutherford n'tait pas  instable, et Oppenheimer, considr comme le pre de la bombe atomique, comptent parmi ceux qui tudirent au laboratoire du temps de Rutherford. Moseley, qui fut l'tudiant de Rutherford, montra en utilisant la diffraction des rayons X que les atomes contenaient autant d'lectrons qu'il y avait de charges positives dans le noyau, et qu'ainsi ses rsultats  "soutenaient fortement les vues de Bohr et Rutherford". <p> Les nombreux cours qu'il donna au laboratoire de Cavendish, le grand nombre de contacts qu'il eut avec ses tudiants donna de Rutherford l'image d'un homme extrmement attachs aux faits, plus encore qu' la thorie, qui pour lui n'tait quelque part qu'une simple "opinion". Cet attachement aux faits exprimentaux, tait le signe d'une grande rigueur et d'une grande honntet. Lorsque Fermi russit  dsintgrer divers lments  l'aide de neutrons, il lui crivit pour le fliciter de s'tre "chapp de la physique thorique". <p> Heureusement cependant, Rutherford ne s'arrtait pas aux faits, et sa grande imagination lui faisait entrevoir derrire les faits, les consquences thoriques  les plus lointaines, mais il ne supportait pas que l'on complique les choses inutilement. Il faisait souvent des remarques  ce propos aux visiteurs du laboratoire qui venaient exposer leurs travaux aux tudiants (amuss) et aux chercheurs, quelque soit  la renomme du visiteur. Son attachement  la simplicit tait presque  proverbial. Il disait d'ailleurs : "Je suis moi-mme un  homme simple". <p> Son autorit au laboratoire de Cavendish n'tait pas base sur la peur qu'il pouvait inspirer. Au contraire, Rutherford tait d'un caractre  jovial - et on savait que ses travaux avanaient lorsqu'il chantonnait dans son laboratoire. Il tait respect par ses tudiant pas tant pour ses travaux passs ou le mythe qui l'entourait que pour sa personnalit attachante,  sa gnrosit et son autorit intellectuelle,  au point qu'il tait considr comme LE professeur de Cambridge. Il tait surnomm "le crocodile", parce que comme un crocodile qui ne voit jamais sa queue, il regardait toujours devant lui. <p> Cette poque est aussi pour Rutherford celle des honneurs : il fut prsident de la Royal Society de 1925  1930, et chairman de l'Academic Assistance  Council, qui en ces temps troubls politiquement, aidait les universitaires allemands qui fuyaient leur pays. Il fit son dernier voyage en Nouvelle-Zlande, son pays natal qu'il n'oubliait jamais, en 1925 et fut reu comme un hros. C'est en 1931 qu'il fut anobli, et obtint le titre de Baron Rutherford of Nelson, of Cambridge. La mme anne hlas, mourut son unique fille, Eileen, neuf jours aprs avoir donn naissance  son quatrime enfant. <p> Rutherford tait un homme physiquement vigoureux, et il entra a l'hopital en 1937 pour une opration mineure, aprs s'tre fait mal en coupant des arbres dans sa proprit. A son retour chez lui, il semblait se remettre sans problme, quand son tat s'aggrava soudainement. Il mourut trs brusquement, le 19 octobre et fut enterr  l'abbaye de Westminster, aux cts de Newton et de Kelvin. <p> Sa figure orne dsormais les billets de 100$ no-zlandais. <hr> <div align="right"><em>Antoine Moreau</em></div> </body></html> 
