La
radioactivité* a ouvert la voie à l’exploration de l’
atome* et à la découverte de son
noyau*. Les outils de cette exploration furent les sources de
radium* et de
polonium*. Grâce à Pierre et Marie Curie, les physiciens disposaient avec ces sources de
particules alpha*, de projectiles d’énergie inaccessibles jusqu’alors, capables
de pénétrer au cœur de l’atome. On imaginait alors l’atome plein et ce fut une grande surprise de découvrir qu’il était surtout composé de vide et que toute sa masse ou presque se trouvait concentrée dans un minuscule noyau.
C’est en 1911 que
Rutherford* et deux de ses élèves
Geiger* et Marsden découvrent le noyau. Depuis 1996, durant 15 années, les physiciens, comme des explorateurs débarquant dans un monde inconnu, ont moissonné des découvertes. La liste est impressionnante : la séparation du radium, l’identification des rayons alpha,
bêta* et
gamma*, les lois de décroissance radioactive, les
isotopes*, les
transmutations* d’atomes, les
filiations radioactives* sans oublier l’équivalence masse énergie d’
Einstein* et la théorie des quanta de
Max Planck*.
Dans les 20 années qui suivent l’expérience de Rutherford, se construit, par une suite de développements théoriques et de découvertes, l’image moderne de l’atome. En 1913,
Niels Bohr* propose son modèle en couches de l’atome.
En 1919, Rutherford découvre les « transmutations » ou réactions nucléaires et évoque dans une conférence l’hypothèse que le noyau pourrait contenir des particules neutres à côté des
protons*.
James Chadwick* s’en souviendra en 1932 quand il découvre le
neutron*.
Le premier pas vers la découverte du neutron est effectué fin 1930 par deux physiciens allemands, W. Bothe et H. Becker, qui observent un rayonnement très pénétrant émis par certains éléments légers bombardés par les rayons alpha. En janvier 1932,
Frédéric* et
Irène Joliot-Curie* montrent que ce rayonnement possède la propriété de projeter des protons hors d’ une substance hydrogénée. Reprenant ces expériences, James Chadwick démontre qu’il est constitué de particules neutres de masse voisine du proton.
L’effet Compton, le mode d’interaction privilégié des
photons gamma* avec les
électrons*, est découvert en 1923. En 1928, George Gamov parvient à expliquer la
radioactivité alpha* grâce à l’utilisation de la mécanique quantique (c’est l’effet tunnel). A l’Institut du Radium, S. Rosemblum découvre en 1929 la structure fine des
rayons alpha*, qui reflète l’existence de niveaux excités dans les noyaux. L’électron positif est découvert en 1932 par
Carl Anderson*
. Cette découverte est suivie en 1933 par celle de la « matérialisation » de
photons gamma* en paires d’électrons négatifs et positifs.
Dans les premiers jours de l'année 1934, Frédéric et Irène Joliot-Curie annoncent dans une note à l'Académie des Sciences qu'ils ont fabriqué un atome radioactif qui n'existe pas dans la nature. Ce sera la découverte de la
radioactivité artificielle*, souvent considérée comme une des découvertes majeures du siècle en raison des progrès qu’elle a apporté dans les sciences du vivant et en médecine.
