En 1909, Ernest Rutherford, aidé par son collègue Hans Geiger, fait fonctionner le premier compteur permettant de détecter les particules dites "alpha" une à une. Grâce à cet appareil, il parvient à identifier la nature de ces particules, jusque-là inconnue : "Les particules alpha, écrit-il, sont des atomes d’hélium, ou, pour être plus précis, une fois qu'elles ont perdu leur charge électrique positive, elles deviennent des atomes d'hélium".
Celui qu’on surnomme "l'Aigle de Manchester" a alors l’étrange idée de bombarder de minces feuilles métalliques, d’or ou d’aluminium, avec des particules alpha. Il observe que l’image que les particules forment sur un écran disposé derrière les feuilles devient floue, comme si certaines particules avaient été déviées lors de leur passage au travers des feuilles. D’où pouvaient provenir ces déviations ? Etaient-elles l’effet cumulatif de multiples petites déviations s’ajoutant les unes aux autres, ou résultaient-elles d’une déviation unique ? Intrigué, Rutherford demande à l’un de ses étudiants, Ernst Mardsen, de regarder si quelques particules ne seraient pas déviées avec de très grands angles. Ô surprise – Mardsen constate qu’une sur dix mille environ rebondit sur la feuille métallique, et que certaines font même carrément demi-tour !
Des points durs, beaucoup plus petits que les atomes, tapis au sein même des atomes
Stupéfait – a-t-on jamais vu une balle de fusil rebondir sur une feuille de papier ? Rutherford réfléchit longuement et arrive, au début de l’année 1911, à une conclusion qu’il juge inéluctable : pour qu’une particule a revienne en arrière, il faut qu’elle subisse une très grande poussée de la part d’un objet suffisamment massif, et cela au cours d’un choc unique, car il est impossible de comprendre le phénomène par l’addition de plusieurs petites déviations (car dans ce cas, le nombre de particules déviées vers l’arrière serait beaucoup plus faible que celui mesuré.
Rutherford comprend en somme qu’il existe des points durs, beaucoup plus petits que les atomes, tapis au sein même des atomes. L'atome ne peut donc être qu’un édifice composite, constitué d’une part d'un noyau très dense et d’autre part d’électrons qui tourbillonnent autour de lui. Rutherford comprend en outre que les noyaux des atomes portent tous une charge électrique positive. Dès lors, les résultats de son expérience deviennent faciles à interpréter : les noyaux présents dans la feuille métallique repoussent rageusement les particules chargées positivement qui passent très près d’eux, mais laissent tranquilles celles qui passent "au loin". Comme les particules alpha sont beaucoup plus petites que la distance qui sépare deux noyaux, la plupart des particules a traversent l’obstacle quasiment sans encombre, mais un petit nombre d’entre elles "tombent" sur un noyau et ricochent violemment sur lui. (...)
La chronique est à écouter dans son intégralité en cliquant sur le haut de la page. Histoire, économie, sciences, philosophie, histoire de l'art… Écoutez et abonnez-vous à la collection de podcasts "Le Pourquoi du comment" ; les meilleurs experts répondent à toutes les questions que vous n'osez poser.
