Le scientifique Ernest Rutherford a dit un jour que toute science était un sujet, tout en comparant le reste à la collection de timbres ?
la physique
Ernest Rutherford, 1er baron Rutherford de Nelson (30 août 1871 - 19 octobre 1937) était un physicien néo-zélandais connu comme le père de la physique nucléaire. L'Encyclopædia Britannica le considère comme le plus grand expérimentateur depuis Michael Faraday (1791-1867). Les recherches de Rutherford et les travaux effectués sous sa direction en tant que directeur de laboratoire ont établi la structure nucléaire de l'atome et la nature essentielle de la désintégration radioactive en tant que processus nucléaire. L'équipe de Rutherford, en utilisant des particules alpha naturelles, a démontré une transmutation nucléaire induite, et plus tard, en utilisant des protons provenant d'un accélérateur, a démontré des réactions nucléaires et une transmutation artificiellement induites. Il est connu comme le père de la physique nucléaire. Rutherford est mort trop tôt pour voir naître l'idée de Leó Szilárd de réactions nucléaires en chaîne contrôlées. Cependant, un discours de Rutherford sur sa transmutation artificiellement induite en lithium, imprimé dans le journal londonien The Times du 12 septembre 1933, a été rapporté par Szilárd comme ayant été son inspiration pour réfléchir à la possibilité d'une réaction nucléaire en chaîne produisant de l'énergie contrôlée. Szilard a eu cette idée en se promenant dans Londres, le même jour. * La Médaille commémorative Rutherford est une récompense décernée par la Société royale du Canada pour la recherche dans les domaines de la physique et de la chimie.
Ernest Rutherford, 1er baron Rutherford de Nelson (30 août 1871 - 19 octobre 1937) était un physicien néo-zélandais connu comme le père de la physique nucléaire. L'Encyclopædia Britannica le considère comme le plus grand expérimentateur depuis Michael Faraday (1791-1867).
Dans ses premiers travaux, il a découvert le concept de demi-vie radioactive, a prouvé que la radioactivité impliquait la transmutation nucléaire d'un élément chimique en un autre, et a également différencié et nommé rayonnement alpha et bêta. Ce travail a été réalisé à l'Université McGill au Canada. C'est sur cette base que le prix Nobel de chimie lui a été décerné en 1908 « pour ses recherches sur la désintégration des éléments et la chimie des substances radioactives », pour lequel il est le premier prix Nobel canadien et océanien, et reste le seul lauréat né dans l'Île du Sud.
Rutherford a déménagé en 1907 à l'Université Victoria de Manchester (aujourd'hui Université de Manchester) au Royaume-Uni, où lui et Thomas Royds ont prouvé que le rayonnement alpha est constitué de noyaux d'hélium. Rutherford a réalisé son œuvre la plus célèbre après être devenu lauréat du prix Nobel. En 1911, bien qu'il ne puisse prouver que c'était positif ou négatif,
il a émis l'hypothèse que les atomes ont leur charge concentrée dans un très petit noyau,
et a ainsi été le pionnier du modèle Rutherford de l'atome, grâce à sa découverte et à son interprétation de la diffusion Rutherford par l'expérience de la feuille d'or de Hans Geiger et Ernest Marsden. Il a mené des recherches qui ont conduit à la première « division » de l’atome en 1917 lors d’une réaction nucléaire entre l’azote et les particules alpha, au cours de laquelle il a également découvert (et nommé) le proton.
Rutherford devint directeur du laboratoire Cavendish de l'Université de Cambridge en 1919. Sous sa direction, le neutron fut découvert par James Chadwick en 1932 et la même année, la première expérience visant à diviser le noyau de manière entièrement contrôlée fut réalisée par des étudiants travaillant sous sous sa direction, John Cockcroft et Ernest Walton. Après sa mort en 1937, il fut honoré d'être enterré avec les plus grands scientifiques du Royaume-Uni, près de la tombe de Sir Isaac Newton dans l'abbaye de Westminster. L'élément chimique rutherfordium (élément 104) porte son nom en 1997.
Biographie
Première vie et éducation
Ernest Rutherford était le fils de James Rutherford, un agriculteur, et de son épouse Martha Thompson, originaire de Hornchurch, Essex, en Angleterre. James avait émigré en Nouvelle-Zélande depuis Perth, en Écosse, « pour élever un peu de lin et beaucoup d'enfants ». Ernest est né à Brightwater, près de Nelson, en Nouvelle-Zélande. Son prénom a été orthographié par erreur « Earnest » lors de l'enregistrement de sa naissance. La mère de Rutherford, Martha Thompson, était institutrice.
Il a étudié à la Havelock School puis au Nelson College et a remporté une bourse pour étudier au Canterbury College, Université de Nouvelle-Zélande, où il a participé à la société de débat et a joué au rugby. Après avoir obtenu son BA, sa MA et son BSc, et effectué deux années de recherche au cours desquelles il inventa une nouvelle forme de récepteur radio, Rutherford reçut en 1851 une bourse de recherche de la Commission royale pour l'exposition de 1851, pour se rendre en Angleterre pour études de troisième cycle au Laboratoire Cavendish, Université de Cambridge. Il fut l'un des premiers « étrangers » (ceux sans diplôme de Cambridge) autorisés à faire des recherches à l'université, sous la direction inspirante de J. J. Thomson, et les nouveaux arrivants suscitèrent les jalousies des membres les plus conservateurs de la fraternité Cavendish. Avec les encouragements de Thomson, il réussit à détecter les ondes radio à 800 mètres et détena brièvement le record du monde de la distance sur laquelle les ondes électromagnétiques pouvaient être détectées. Cependant, lorsqu'il présenta ses résultats à la réunion de la British Association en 1896, il découvrit qu'il avait été détecté. surpassé par un autre conférencier, du nom de Marconi.
En 1898, Thomson recommanda Rutherford pour un poste à l'Université McGill à Montréal, Canada. Il devait remplacer Hugh Longbourne Callendar qui occupait la chaire de physique du professeur Macdonald et qui venait à Cambridge. Rutherford fut accepté, ce qui signifiait qu'en 1900 il pouvait épouser Mary Georgina Newton (1876-1954) avec qui il s'était fiancé avant de quitter la Nouvelle-Zélande ; ils eurent une fille, Eileen Mary (1901-1930), qui épousa Ralph Fowler. En 1900, il obtint un DSc de l'Université de Nouvelle-Zélande. En 1907, Rutherford retourna en Grande-Bretagne pour occuper la chaire de physique à l'Université de Manchester.
Années ultérieures et honneurs
Il fut fait chevalier en 1914. Pendant la Première Guerre mondiale, il travailla sur un projet top secret visant à résoudre les problèmes pratiques de détection des sous-marins par sonar. En 1916, il reçut la Médaille commémorative Hector. En 1919, il retourna au Cavendish succédant à J. J. Thomson en tant que professeur et directeur du Cavendish. Sous lui, les prix Nobel furent décernés à James Chadwick pour la découverte du neutron (en 1932), à John Cockcroft et Ernest Walton pour une expérience connue sous le nom de division de l'atome à l'aide d'un accélérateur de particules, et à Edward Appleton pour avoir démontré l'existence du neutron. ionosphère. En 1925, Rutherford a lancé un appel au gouvernement néo-zélandais pour qu'il soutienne l'éducation et la recherche, ce qui a conduit à la création du Département de la recherche scientifique et industrielle (DSIR) l'année suivante. Entre 1925 et 1930, il fut président de la Royal Society, puis président du Conseil d'assistance académique qui a aidé près de 1 000 réfugiés universitaires d'Allemagne. Il fut admis à l'Ordre du mérite en 1925 et élevé à la pairie en tant que baron Rutherford de Nelson, en 1931, titre qui disparut à sa mort inattendue en 1937. En 1933, Rutherford fut l'un des deux premiers récipiendaires du T. K. Médaille Sidey, créée par la Royal Society of New Zealand pour récompenser une recherche scientifique exceptionnelle.
Quelque temps avant sa mort, Rutherford avait une petite hernie, qu'il avait négligé de soigner, et elle s'est étranglée, le rendant gravement malade. Malgré une opération d'urgence à Londres, il décède quatre jours plus tard de ce que les médecins appellent une « paralysie intestinale », à Cambridge. Après sa crémation au Golders Green Crematorium, il reçut le grand honneur d'être enterré à l'abbaye de Westminster, près d'Isaac Newton et d'autres illustres scientifiques britanniques.
Recherche scientifique
À Cambridge, Rutherford commença à travailler avec J. J. Thomson sur les effets conducteurs des rayons X sur les gaz, travaux qui conduisirent à la découverte de l'électron que Thomson présenta au monde en 1897. Ayant entendu parler de l'expérience de Becquerel avec l'uranium, Rutherford commença à explorer sa radioactivité, découvrant deux types qui différaient des rayons X par leur pouvoir pénétrant. Poursuivant ses recherches au Canada, il a inventé les termes rayon alpha et rayon bêta en 1899 pour décrire les deux types distincts de rayonnement. Il découvre alors que le thorium dégage un gaz qui produit une émanation elle-même radioactive et qui enroberait d'autres substances. Il a découvert qu'un échantillon de cette matière radioactive, quelle que soit sa taille, mettait invariablement le même temps pour que la moitié de l'échantillon se désintègre – sa « demi-vie » (11 minutes et demie dans ce cas).
De 1900 à 1903, il est rejoint à McGill par le jeune chimiste Frederick Soddy (prix Nobel de chimie, 1921) pour qui il pose le problème de l'identification des émanations du thorium. Une fois qu'il eut éliminé toutes les réactions chimiques normales, Soddy suggéra qu'il devait s'agir d'un des gaz inertes, qu'ils appelèrent thoron (qui s'est révélé plus tard être un isotope du radon). Ils ont également découvert un autre type de thorium qu’ils ont appelé Thorium X et ont continué à trouver des traces d’hélium. Ils ont également travaillé avec des échantillons d'« Uranium X » de William Crookes et de radium de Marie Curie.
En 1902, ils élaborèrent une « Théorie de la désintégration atomique » pour rendre compte de toutes leurs expériences. Jusqu'alors, les atomes étaient considérés comme la base indestructible de toute matière et, bien que Curie ait suggéré que la radioactivité était un phénomène atomique, l'idée de la rupture des atomes de substances radioactives était une idée radicalement nouvelle. Rutherford et Soddy ont démontré que la radioactivité impliquait la désintégration spontanée des atomes en d'autres types d'atomes (un élément étant spontanément transformé en un autre).
En 1903, Rutherford considéra un type de rayonnement découvert (mais non nommé) par le chimiste français Paul Villard en 1900, comme une émission de radium, et se rendit compte que cette observation devait représenter quelque chose de différent de ses propres rayons alpha et bêta, en raison de sa très grande intensité. pouvoir pénétrant bien supérieur. Rutherford a donc donné à ce troisième type de rayonnement le nom de rayon gamma. Les trois termes de Rutherford sont aujourd'hui d'usage courant – d'autres types de désintégration radioactive ont depuis été découverts, mais les trois types de Rutherford sont parmi les plus courants.
À Manchester, il a continué à travailler sur les rayonnements alpha. En collaboration avec Hans Geiger, il a développé des écrans à scintillation au sulfure de zinc et des chambres d'ionisation pour compter les alphas. En divisant la charge totale produite par le nombre compté, Rutherford a décidé que la charge sur l'alpha était de deux. À la fin de 1907, Ernest Rutherford et Thomas Royds autorisèrent les alphas à pénétrer par une très fine fenêtre dans un tube sous vide. Au fur et à mesure qu'ils déclenchaient la décharge du tube, le spectre obtenu changeait, à mesure que les alphas s'accumulaient dans le tube. Finalement, le spectre clair de l'hélium gazeux est apparu, prouvant que les alphas étaient au moins des atomes d'hélium ionisés, et probablement des noyaux d'hélium.
Expérience de feuille d'or
Rutherford a réalisé son œuvre la plus célèbre après avoir reçu le prix Nobel en 1908. Avec Hans Geiger et Ernest Marsden en 1909, il a réalisé l'expérience Geiger-Marsden, qui a démontré la nature nucléaire des atomes en déviant les particules alpha passant à travers une fine feuille d'or. . Rutherford a eu l'idée de demander à Geiger et Marsden, dans cette expérience, de rechercher des particules alpha avec des angles de déviation très élevés, d'un type qu'on n'attendait d'aucune théorie de la matière à cette époque. De telles déflexions, bien que rares, ont été trouvées et se sont révélées être une fonction douce mais d'ordre élevé de l'angle de déflexion. C'est l'interprétation de Rutherford de ces données qui l'a amené à formuler le modèle de Rutherford de l'atome en 1911 – selon lequel un très petit noyau chargé, contenant une grande partie de la masse de l'atome, était orbité par des électrons de faible masse.
Avant de quitter Manchester en 1919 pour reprendre le laboratoire Cavendish de Cambridge, Rutherford devient, en 1919, la première personne à transmuer délibérément un élément en un autre. Dans cette expérience, il avait découvert des radiations particulières lorsque des alphas étaient projetés dans l'air, et avait limité l'effet à l'azote, et non à l'oxygène de l'air. En utilisant de l'azote pur, Rutherford a utilisé le rayonnement alpha pour convertir l'azote en oxygène par la réaction nucléaire 14N + α → 17O + proton. Le proton n’était alors pas connu. Dans les produits de cette réaction, Rutherford a simplement identifié les noyaux d'hydrogène, par leur similitude avec le rayonnement des particules provenant d'expériences antérieures dans lesquelles il avait bombardé de l'hydrogène gazeux avec des particules alpha pour éliminer les noyaux d'hydrogène des atomes d'hydrogène. Ce résultat a montré à Rutherford que les noyaux d'hydrogène faisaient partie des noyaux d'azote (et par déduction, probablement d'autres noyaux également). Une telle construction était soupçonnée depuis de nombreuses années sur la base de poids atomiques qui étaient des nombres entiers de celui de l'hydrogène ; voir l'hypothèse de Prout. L’hydrogène était connu pour être l’élément le plus léger et ses noyaux probablement les plus légers. Maintenant, à cause de toutes ces considérations, Rutherford a décidé qu'un noyau d'hydrogène était peut-être un élément fondamental de tous les noyaux, et peut-être aussi une nouvelle particule fondamentale, puisque rien n'était connu du noyau qui était plus léger. Ainsi, Rutherford a postulé que le noyau d’hydrogène était une nouvelle particule en 1920, qu’il a surnommée le proton.
En 1921, alors qu'il travaillait avec Niels Bohr (qui postulait que les électrons se déplaçaient sur des orbites spécifiques), Rutherford théorisa sur l'existence de neutrons (qu'il avait baptisés dans sa conférence Bakerian de 1920), qui pourraient d'une manière ou d'une autre compenser l'effet répulsif de l'énergie positive. charges de protons en provoquant une force nucléaire attractive et empêchent ainsi les noyaux de s'éloigner de la répulsion entre les protons. La seule alternative aux neutrons était l'existence d'« électrons nucléaires » qui neutraliseraient certaines des charges de protons dans le noyau, car on savait alors que les noyaux avaient environ deux fois la masse qui pourrait être expliquée s'ils étaient simplement assemblés à partir d'hydrogène. noyaux (protons). Mais comment ces électrons nucléaires pouvaient-ils être piégés dans le noyau restait un mystère.
La théorie des neutrons de Rutherford a été prouvée en 1932 par son associé James Chadwick, qui a immédiatement reconnu les neutrons lorsqu'ils étaient produits par d'autres scientifiques, puis par lui-même, en bombardant du béryllium avec des particules alpha. En 1935, Chadwick reçut le prix Nobel de physique pour cette découverte.
Héritage
Physique nucléaire
Les recherches de Rutherford et les travaux effectués sous sa direction en tant que directeur de laboratoire ont établi la structure nucléaire de l'atome et la nature essentielle de la désintégration radioactive en tant que processus nucléaire. L'équipe de Rutherford, en utilisant des particules alpha naturelles, a démontré une transmutation nucléaire induite, et plus tard, en utilisant des protons provenant d'un accélérateur, a démontré des réactions nucléaires et une transmutation artificiellement induites. Il est connu comme le père de la physique nucléaire. Rutherford est mort trop tôt pour voir naître l'idée de Leó Szilárd de réactions nucléaires en chaîne contrôlées. Cependant, un discours de Rutherford sur sa transmutation artificiellement induite en lithium, imprimé dans le journal londonien The Times du 12 septembre 1933, a été rapporté par Szilárd comme ayant été son inspiration pour réfléchir à la possibilité d'une réaction nucléaire en chaîne produisant de l'énergie contrôlée. Szilard a eu cette idée en se promenant dans Londres, le même jour.
Le discours de Rutherford évoquait les travaux de 1932 de ses étudiants John Cockcroft et Ernest Walton consistant à « diviser » le lithium en particules alpha par bombardement de protons provenant d'un accélérateur de particules qu'ils avaient construit. Rutherford s'est rendu compte que l'énergie libérée par les atomes de lithium divisés était énorme, mais il s'est également rendu compte que l'énergie nécessaire à l'accélérateur et son inefficacité essentielle à diviser les atomes de cette manière rendaient le projet impossible en tant que source d'énergie pratique (accélérateur -la fission induite des éléments légers reste trop peu efficace pour être utilisée de cette manière, encore aujourd'hui). Le discours de Rutherford se lit en partie :
Objets nommés en l'honneur de la vie et de l'œuvre de Rutherford
; Découvertes scientifiques
* L'élément rutherfordium, Rf, Z=104. (1997)
* Le rutherford (Rd), une unité obsolète de radioactivité équivalente à un mégabecquerel.
; Établissements
* Rutherford Appleton Laboratory, un laboratoire de recherche scientifique près de Didcot, Oxfordshire.
* Rutherford College, Auckland, une école à Auckland, Nouvelle-Zélande
* Rutherford College, Kent, un collège de l'Université du Kent à Canterbury, Angleterre
* Institut Rutherford pour l'innovation de l'Université de Cambridge
* École intermédiaire Rutherford, Wanganui, Nouvelle-Zélande
* Rutherford Hall, une résidence universitaire à l'Université de Loughborough
; Prix
* Médaille Rutherford, la plus haute médaille scientifique décernée par la Royal Society of New Zealand
* Prix Rutherford du Thomas Carr College pour l'excellence en chimie du Victorian Certificate of Education, Australie.
* La Médaille commémorative Rutherford est une récompense décernée par la Société royale du Canada pour la recherche dans les domaines de la physique et de la chimie.
* La médaille et le prix Rutherford sont décernés une fois tous les deux ans par l'Institut de physique pour « des recherches distinguées en physique nucléaire ou en technologie nucléaire ».
* Rutherford Memorial Lecture est une tournée internationale de conférences sous les auspices de la Royal Society créée dans le cadre du Rutherford Memorial Scheme en 1952.
; Bâtiments
* Rutherford House, une pension du Nelson College
* Rutherford Hotel, le plus grand hôtel de Nelson, qui comprend le Rutherford Cafe and Bar
* Le bâtiment de physique et de chimie de l'Université de Canterbury, Nouvelle-Zélande
* Rochester et Rutherford Hall de l'Université de Canterbury, Nouvelle-Zélande
* Rutherford House, le bâtiment principal du campus Pipitea de l'Université Victoria de Wellington, à l'origine le siège du Département d'électricité de Nouvelle-Zélande, à Wellington, en Nouvelle-Zélande.
* Bâtiment Rutherford à la Bedford Modern School.
* Un bâtiment du laboratoire Cavendish moderne de l'Université de Cambridge
* Le Pavillon de physique Ernest Rutherford de l'Université McGill, Montréal
* Le Coupland Building de l'Université de Manchester, où Rutherford travaillait, a été rebaptisé « The Rutherford Building » en 2006.
* L'amphithéâtre Rutherford du laboratoire Schuster de l'Université de Manchester
; Rues principales
* Lord Rutherford Road (l'emplacement de son lieu de naissance à Brightwater, Nouvelle-Zélande)
* Rutherford Street, une artère majeure du centre de Nelson, en Nouvelle-Zélande
* Rutherford Close, une rue résidentielle à Abingdon, Oxfordshire
* Rutherford Road dans le district de biotechnologie de Carlsbad, en Californie
* Rutherford Road, rue commerciale/résidentielle à Vaughan, Ontario, Canada
; Autre
* Rutherford Park, un terrain de sport à Nelson, Nouvelle-Zélande
* Le mémorial de Rutherford sur le lieu de sa naissance à Brightwater, en Nouvelle-Zélande
* Son image figure sur l'avers du billet de cent dollars néo-zélandais (depuis 1992).
* La Fondation Rutherford, une fondation caritative créée par la Royal Society of New Zealand pour soutenir la recherche scientifique et technologique.
* Rutherford House, au Macleans College, Auckland, Nouvelle-Zélande
* Rutherford House, à Hillcrest High School, Hamilton, Nouvelle-Zélande
* Rutherford House, à l'école intermédiaire de Rotorua, Rotorua, Nouvelle-Zélande
* Rutherford House, au lycée Rangiora
* Le cratère Rutherford sur la Lune et le cratère Rutherford sur la planète Mars
* Ernest Rutherford a fait l'objet d'une pièce de théâtre de Stuart Hoar.
* Sur le côté du Mond Laboratory, sur le site du laboratoire Cavendish original de Cambridge, se trouve une gravure à la mémoire de Rutherford en forme de crocodile, surnom que lui a donné son commissaire, son collègue Peter Kapitza.
Incidences du cancer dans l'ancien laboratoire de Rutherford
Le bâtiment Coupland de l'université de Manchester, où Rutherford a mené plusieurs de ses expériences, a fait l'objet d'une enquête sur le cancer. Il y a eu une incidence statistiquement élevée de cancer du pancréas, de cancer du cerveau et de maladies des motoneurones dans et autour des anciens laboratoires de Rutherford et, depuis 1984, six travailleurs au total ont été frappés par ces maladies. En 2009, une commission indépendante a conclu que les niveaux très légèrement élevés de divers rayonnements liés aux expériences de Rutherford des décennies plus tôt ne sont pas la cause probable de ces cancers et a jugé que ces maladies étaient une coïncidence.
Publications
* [https://archive.org/details/radioactivity00ruthgoog Radio-activité (1904), 2e éd. (1905)], ISBN978-1-60355-058-1
* [https://archive.org/details/radioactivetran02ruthgoog Transformations radioactives (1906)], ISBN 978-1-60355-054-3
* [https://archive.org/details/radioactivesubst00ruthuoft Substances radioactives et leurs rayonnements (1913)]
* La structure électrique de la matière (1926)
* La transmutation artificielle des éléments (1933)
* La nouvelle alchimie (1937)
Des articles
* [http://www.unz.org/Pub/Harpers-1904jan-00279 "Désintégration des éléments radioactifs"] Harper's Monthly Magazine, janvier 1904, pages 279 à 284.
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