L'électron

« si prestigieux calculs ? Est-il positif ou négatif ? N'est-il que l'expression d'une charge élémentaire attachée à unatome matériel ? A-t-il au contraire un caractère bien défini, une charge et une masse qui en font une entitéindépendante des atomes ? Autant de points d'interrogation auxquels il devait être répondu sans tarder par unesérie de décisives expériences.

Pour bien les mettre en lumière, reprenons en quelques mots le cheminement dontelles sont l'aboutissement : celui de la décharge électrique dans les gaz. Dès le XVIIIe siècle, les physiciens eurent l'idée de faire jaillir une étincelle électrique entre deux conducteurs placésdans le vide de la machine pneumatique : c'est l'Oeuf électrique.

Aux basses pressions faciles à obtenir, on observedéjà de belles lueurs colorées, et Faraday pressent tout l'intérêt de cette étude, mais il est arrêté par la techniquedu vide et se contente d'une description du phénomène.

A partir de 1850, quelques brillants expérimentateursdonnent une impulsion exceptionnelle à ces recherches.

Geissler, souffleur de verre de génie, sait souder desconnexions métalliques sur un tube de verre et maintenir indéfiniment le vide obtenu par la trompe à mercure.

Avecce tube de Geissler, Plücker constate la fluorescence sur les parois du tube et Hittorf, en 1869, observe la déviationdes rayons par l'aimant.

Goldstein constate l'apparition d'ombres nettes d'un écran entre la paroi et la cathode.

Il lesattribue à des rayons : ce sont des rayons cathodiques.

Crookes reprend alors systématiquement tous ces travaux.Il sait réaliser un vide extrêmement poussé.

Alors la colonne lumineuse disparaît entièrement, mais un agent invisiblequi part en ligne droite de la cathode illumine les parois de l'ampoule.

Crookes s'illustre alors par une séried'expériences célèbres.

Il montre les effets lumineux, calorique, mécanique des rayons cathodiques, et croit avoirtrouvé un quatrième état de la matière : celui de la matière radiante qui se propage en ligne droite et est déviée parl'aimant, mais est-ce un véritable courant électrique ? Les avis sont partagés.

Les physiciens de l'école allemande,Hertz et Lenard, ne veulent pas admettre le caractère matériel de ces rayons.

Hertz constate qu'ils peuventtraverser une feuille mince d'aluminium placée dans l'ampoule, et Lenard réussit à les faire sortir dans l'air à traversune paroi très mince.

Ces rayons sont donc une sorte de lumière douée de bien étranges qualités.

Il devenait urgentd'éclairer un peu tous ces mystères. Alors, en deux ans, les fruits de tout un siècle de travaux mûrissent soudain.

Par une cascade d'expériences sur lanature de ces rayons cathodiques, quelques expérimentateurs de génie vont donner naissance à l'âge corpusculaire.En cette année 1895, tous les laboratoires d'Europe sont sur la piste.

Tout d'abord, Jean Perrin met hors de doute letransport d'électricité par les rayons cathodiques grâce à une expérience pleine d'élégante simplicité.

J.

J.

Thomsonmesure la vitesse des rayons et la trouve très inférieure à celle de la lumière.

Enfin, Röntgen, à l'Université deWurzbourg, en voulant répéter l'expérience de Lenard, observe un phénomène qui le remplit de stupéfaction : desrayons mystérieux provenant du point d'aboutissement des rayons cathodiques sortent de l'ampoule, illuminent unécran après avoir traversé de grandes épaisseurs de matière opaque.

A la veille de Noël, il présente à la Sociétéphysique de Berlin des images extraordinaires qui vont bientôt faire le tour de l'Europe.

Le 20 janvier 1896, HenriPoincaré montre à ses collègues étonnés de l'Académie des Sciences des images où l'on voit les os de la main avecune parfaite netteté.

Henri Becquerel s'intéresse vivement à l'origine de ces rayons X et cherche à vérifier unehypothèse de Poincaré sur le rôle joué par la phosphorescence.

Alors, dans une série d'expériences mémorables surles sels d'uranium, il découvre un nouveau rayonnement pénétrant, invisible, chargé et spontané : la radioactivité.Ainsi, en quelques mois, par deux chemins de traverse, la piste des rayons cathodiques ouvre la voie triomphale d'undouble message : celui de l'atome par les rayons X, et celui du noyau (cOeur de l'atome) par la radioactiviténaturelle.

Au cours des deux décades qui vont suivre, d'illustres physiciens, Von Laue, Bragg, Maurice de Broglievont traduire ce message apporté par les rayons X et des disciplines aussi différentes que la cristallographie et lastructure de l'atome en seront définitivement illuminées. Tandis que ces nouvelles découvertes se multipliaient, le problème initial de la nature des rayons cathodiques restaittoujours sans solution.

Chargés et déviés par l'aimant, sont-ils fluides ou granules ? S'ils sont granules, quelles sontleur charge et leur masse ? La réponse fut donnée l'année suivante, en 1897.

Avec des montages un peu différents, mais utilisant tous lesdéviations du rayonnement par un champ électrique ou magnétique, plusieurs physiciens énoncent les résultats deleurs travaux.

En janvier, Wiechert affirme que ces corpuscules chassés par la cathode sont deux mille fois pluslégers que l'ion hydrogène de l'électrolyse.

En juillet, Kaufmann trouve sensiblement le même résultat.

Enfin, enoctobre 1897, Thomson obtient un ordre de grandeur semblable par une technique qui est à l'origine de laspectrographie de masse.

Toujours cette même année 1897, Zeeman observe le changement de longueur d'onde dela lumière émise par un corps soumis à un champ magnétique.

Les calculs développés par les Thomson, Hertz,Larmor, Lorentz permettent de bâtir une théorie cohérente attribuant cet effet à l'électron.

Le rapport e/m de lacharge à la masse ainsi calculée est en accord avec les mesures sur les rayons cathodiques. Ainsi, nous devons considérer cette année 1897 comme la date de naissance de l'électron.

Son existence ne faitplus de doute.

Le fluide cathodique est bien constitué de granules pesants et chargés négativement.

Le rapport e/mest connu à quelques pour cent près.

Les valeurs absolues de e et de m supposent bien encore quelqueshypothèses de travail, mais l'essentiel est acquis, l'électron est né. Maintenant, une pléiade de chercheurs va s'attaquer au problème de la détermination absolue de la charge e. Ce fut l'Oeuvre des Townsend, Thomson, Wilson et surtout Millikan.

L'analyse de la chute de très fines gouttesd'huile, chargées de quelques unités de charge entre les plateaux d'un condensateur, permit une précisionadmirable.

En 1909, Millikan annonçait la valeur e avec quatre chiffres exacts c'est-à-dire qu'un courant d'unmillième de micro ampère établi pendant un millième de seconde correspond au passage de six millions d'électrons.. »