Effet tunnel

A.1932-1

Le 13 avril 1932, au beau milieu de l’après-midi, ils parviennent à envoyer des protons sur des cibles de lithium et, dans une sorte de transe, observent la production de paires de particules alpha, selon des modalités qui sont en parfait accord avec les prédictions de Gamow et, au demeurant, faciles à décrire : les protons pénètrent par effet tunnel dans les noyaux de lithium 7, dont les noyaux contiennent trois protons et quatre neutrons, et y sont capturés ; se forment ainsi des noyaux constitués de quatre neutrons et de quatre protons, c’est-à-dire des noyaux de béryllium 8 ; ceux-ci fissionnent rapidement en deux particules alpha, chacune d’elles étant formée de deux protons et de deux neutrons1. Cockcroft téléphone aussitôt à Ernest Rutherford pour lui annoncer la découverte. Puis il sort dans la rue et s’écrie : « Nous avons coupé des atomes en deux, nous avons coupé des atomes en deux ! ».

Au début de l’année 1929, Gamow, arrivé en fin de contrat, bénéficie une nouvelle fois des largesses du mécénat, non plus celles d’un brasseur danois, mais d’un magnat du pétrole : sur recommandation de Niels Bohr, la fondation Rockefeller lui accorde une bourse qui lui permet de passer une année entière au Laboratoire Cavendish de Cambridge, dirigé par Ernest Rutherford, dont Gamow connaît bien les travaux. Les expérimentateurs y sont beaucoup plus nombreux que les théoriciens, mais Gamow, qui pratique spontanément l’humour anglais, s’adapte vite à ce nouveau contexte. Il y est même comme un dans l’eau. Poursuivant ses entrepris à Copenhague, il montre que les projetés sur une cible, lorsqu’ils ont suffisamment d’énergie, doivent pouvoir être capturés par les noyaux de la cible, surtout si ceux-ci sont légers. On provoquerait ainsi des réactions nucléaires susceptibles de modifier le nombre de protons au sein d’un , et donc l’élément chimique auquel il appartient. N’était-ce pas très exactement le vieux rêve des alchimistes ?

Gamow explique que, grâce à l’effet tunnel  ou qu’il vient de découvrir, ce rêve devient réalisable : un proton venant de l’extérieur et ayant une grande vitesse peut outrepasser les effets de la force électrique qui tend à l’écarter du noyau (cette force électrique, dite « coulombienne », est répulsive puisque le noyau et le proton sont tous deux chargés positivement). Plus précisément, il est susceptible de diffuser à travers la barrière de potentielle, dite « coulombienne », qui résulte de cette force.

Gamow expose ses résultats lors d’un séminaire et propose d’utiliser comme cible du lithium, dont les noyaux ne contiennent que trois protons, donc seulement trois charges électriques positives, de sorte que la barrière à franchir pour le proton incident, celui qui vient de l’extérieur, n’est pas trop haute. Un tout jeune physicien, John Cockroft, se montre particulièrement intéressé et le presse de questions. Une discussion passionnée s’engage. Les réponses de Gamow sont suffisamment convaincantes pour décider Cockroft à construire à Cambridge, avec l’aide de son collègue Ernest Walton, le premier capable de provoquer les réactions nucléaires prédites par ce théoricien venu d’ailleurs.

Les deux expérimentateurs travaillent d’arrache-pied, dans les limites permises par le règlement de leur laboratoire qui ferme tous les soirs … à 18 heures !

Le 13 avril 1932, au beau milieu de l’après-midi, ils parviennent à envoyer des protons sur des cibles de lithium et, dans une sorte de transe, observent la production de paires de particules alpha, selon des modalités qui sont en parfait accord avec les prédictions de Gamow et, au demeurant, faciles à décrire : les protons pénètrent par effet tunnel dans les noyaux de lithium 7, dont les noyaux contiennent trois protons et quatre neutrons, et y sont capturés ; se forment ainsi des noyaux constitués de quatre neutrons et de quatre protons, c’est-à-dire des noyaux de béryllium 8 ; ceux-ci fissionnent rapidement en deux particules alpha, chacune d’elles étant formée de deux protons et de deux neutrons1. téléphone aussitôt à Ernest Rutherford pour lui annoncer la découverte. Puis il sort dans la rue et s’écrie : « Nous avons coupé des atomes en deux, nous avons coupé des atomes en deux ! ».

https://eduscol.education.fr/odysseum/georges-gamow-ou-le-joyeux-refus-des-ideologies

http://archivesgamma.fr/2022/03/20/effet-tunnel