Joseph Thomson

« Joseph Thomson Né près de Manchester, en 1856, J.J.

Thomson entra à quatorze ans à l'Owens College, aujourd'hui Université decette ville.

Il fit, pour commencer, des études d'ingénieur, mais s'orienta bientôt vers les mathématiques et laphysique.

En 1876, il entra au Trinity, le plus grand des "colleges" de l'Université de Cambridge, où il futsuccessivement "scholar", "fellow", et professeur "Cavendish" de physique expérimentale, troisième d'une brillantelignée, où figurent James Clerk Maxwell, Rayleigh, Rutherford, W.

L.

Bragg.

Jusqu'à sa mort (30 août 1940), il futl'objet de toutes les distinctions accessibles à un homme de science : titulaire du prix Nobel, en 1906, décoré del'ordre anglais du Mérite, en 1912, reçu Membre de l'Académie des Sciences française, il se vit attribuer également lamédaille Mascart.

Honneurs largement mérités par les idées scientifiques dont il fit don au monde et par l'heureuseinfluence qu'il exerça sur les jeunes générations de savants. A l'époque de Thomson, le développement de la physique et spécialement de la physique expérimentale commençaitseulement, mais celui des mathématiques avait atteint à Cambridge un grand point de perfection, surtout dans lasolution des problèmes d'un type plutôt scolaire.

C'est pour cette raison que, bien que les meilleures découvertes deThomson et celles de ses disciples les plus célèbres relèvent du domaine de l'expérience, sa technique était plusélaborée quoique sans doute moins originale, en mathématiques qu'en physique expérimentale. Dès les premiers débuts de sa carrière de physicien, Thomson a été obsédé par la notion d'énergie et par laconviction que toutes ses formes se ramènent, en fin de compte, à une seule.

Il fut ainsi conduit à une premièreétude des processus physiques et chimiques en termes d'énergie et à la conclusion qu'un corps chargé possède unsupplément de masse, en vertu de l'énergie que lui transmet la charge.

Ce résultat, obtenu en 1881, constitue lapremière donnée sur le rapport étroit régnant entre la masse et l'énergie, donnée qu'Einstein ne devait énoncer queplus tard et qui représente le noyau d'un certain ordre de connaissances, autour desquelles tournent tous lescalculs de la physique nucléaire et de l'énergie atomique. L'exploit le plus considérable de Thomson est indubitablement sa contribution à la découverte de l'électron et,surtout, la preuve qu'il apporta de ce que les rayons cathodiques consistent en particules de masse beaucoupmoindre que celle des atomes les plus légers. Deux théories sur la nature de ces rayons s'affrontaient vers 1890.

L'une, dominant en Angleterre et prenant enconsidération leur déviation magnétique découverte par Crookes, et leur charge négative montrée par Perrin,affirmait qu'elle était corpusculaire.

L'autre, dominant en Allemagne, affirmait qu'elle était ondulatoire : Lenardn'avait-il pas démontré que ces rayons pouvaient traverser des lames solides sans laisser de traces, choseévidemment impossible, s'il s'était agi de corpuscules matériels.

Nous savons aujourd'hui que les deux écoles avaientraison, l'une et l'autre, puisque de Broglie a prouvé que tous les corps élémentaires participent d'une double nature,étant, à la fois, corpuscules et ondes. Si les électrons étaient réellement des particules chargées, ainsi que Perrin semblait l'avoir montré, ils devaientpouvoir être déviés aussi bien par des champs électriques que par des champs magnétiques.

Hertz s'y essaya vers1880, mais n'obtint pas de résultat.

Mon père suivit donc, dès l'abord, un chemin différent.

Il était connu que lesrayons cathodiques chauffent tout ce qu'ils touchent, et l'on présumait que cette chaleur on le sait aujourd'hui étaitdue à leur énergie cinétique.

En mesurant le rapport entre la chaleur produite et la charge entraînée par le faisceaude rayons, on trouve le rapport entre l'énergie cinétique d'un unique rayon et sa charge.

Le rapport entre laquantité de mouvement et la charge est donné par la déviation magnétique.

De ces deux données découlaient lavitesse et le rapport entre masse et charge.

Cette dernière se révéla plus de mille fois moindre que celle d'un atomed'hydrogène dans l'électrolyse.

Mais la difficulté créée par l'absence de déviation électrostatique subsistait commeun puzzle.

Mon père le résolut en montrant que cette déviation existait bien, mais avait été masquée, dans lesexpériences précédentes, par les charges électriques qui se formaient dans les gaz résiduels du vide très imparfaitque l'on pouvait réaliser avec la technique de l'époque.

Il perfectionna le vide, provoqua une déviationélectrostatique et inventa une nouvelle méthode pour le calcul du rapport masse-charge, qui concordait de manièresatisfaisante avec la première.

Chemin faisant, il inventa l'oscillographe à rayons cathodiques.

Tout cela a été publiéen 1897.

En 1898, faisant usage des moyens techniques mis au point par C.T.R.

Wilson et Townsend, Thomsonmesura la charge électrique des ions produits par les rayons X dans l'air : elle correspondait à la charge d'un atomed'hydrogène dans l'électrolyse, compte tenu de la valeur très approximative qu'on lui attribuait à cette époque.

Ilétait naturel de supposer que c'était là, également, la charge d'un rayon cathodique, auquel cas celui-ci pesaitmoins d'un millième de l'atome le plus léger.

Mais trop de choses dépendaient de ce fait, pour qu'on pût en rester àune simple supposition, les rayons cathodiques étant les mêmes quel que fût le métal de la cathode ou le gazcontenu dans le tube.

De toute évidence, il s'agissait là d'un composant universel de la matière : le premier qu'oneût jamais trouvé. Par la méthode de Thomson, il n'était pas possible de mesurer la charge des rayons cathodiques eux-mêmes, mais,par bonheur, il y a des particules que les rayons ultraviolets détachent des métaux, et l'on peut montrer leuridentité avec les rayons cathodiques, à cela près que leur vitesse est moins grande.

Ces particules s'attachent auxmolécules de l'air, et Thomson mesura, à la fois, leur charge et le rapport entre leur masse et leur charge : les deuxrésultats concordaient avec les expériences précédentes.

Le cycle de l'argumentation était donc ainsi fermé, etl'électron apparut, dès lors, comme une entité universelle, ayant une charge et une masse définies.. »