Charles Wilson

« Charles Wilson Charles Thomson Rees Wilson naquit en 1869 à Glencorse, près d'Édimbourg, dans une famille paysanne.

Il entra à l'âge de quinze ans àl'Owen's College à Manchester, mais, en dehors de quelques conférences du professeur Balfour-Stewart, n'y suivit point de cours régulierde physique.

En 1888, Il s'inscrivit au Sidney Sussex College de Cambridge. L'intérêt porté par Wilson aux problèmes liés à la condensation de la vapeur d'eau sous forme de gouttelettes remonte à un séjour deplusieurs semaines qu'il effectua à la station météorologique du Ben Nevis, le sommet le plus élevé de l'Écosse ; il a décrit comme suit lesobservations qu'il y fit à cette époque : "Les merveilleux phénomènes optiques qui se manifestaient lorsque le soleil dirigeait ses rayonssur les nuages qui coiffaient la colline et, en particulier, les cercles colorés qui apparaissaient autour du soleil ou bien ceux qui entouraientl'ombre projetée par la montagne et par l'observateur sur le brouillard ou sur un nuage piquèrent ma curiosité et me firent souhaiter deles imiter au laboratoire." Les expériences poursuivies par Wilson au laboratoire Cavendish à Cambridge l'amenèrent rapidement à découvrir qu'on pouvaitprovoquer la condensation de gouttelettes d'eau sur des ions produits dans un gaz soumis à des radiations ionisantes qui venaient d'êtredécouvertes à cette époque, telles que les rayons X ou les radiations du radium, en détendant une masse d'air humide dans certainesconditions soigneusement contrôlées.

Il était nécessaire, au préalable, d'éliminer, par des détentes répétées, toutes les parcelles depoussière qui pouvaient flotter dans cet air ; l'indice de dilatation devait, d'autre part, être supérieur à 1,25 si l'on voulait détecter les ionsnégatifs, supérieur à 1,31 si l'on voulait détecter les ions positifs.

Des mémoires décrivant ces recherches furent publiés entre 1895 et1900. Wilson revint à l'étude de la condensation de la vapeur d'eau en 1910, dans le dessein d'utiliser cette méthode pour mettre en évidenceles trajectoires des particules ionisantes, dont l'existence avait été démontrée par le progrès des connaissances sur les rayons X et lesrayonnements radioactifs.

Le succès définitif fut atteint en 1912 avec le simple appareil appelé "chambre de Wilson".

On n'a jamaisdépassé la perfection technique de ces premières photographies obtenues par Wilson grâce à sa chambre à détente.

Elles démontraientdirectement à l'Oeil, sur des plaques photographiques, les détails les plus fins du passage des particules ionisantes à travers les gaz.

Desphénomènes atomiques dont, jusque-là, on se contentait d'induire l'existence furent ainsi rendus directement visibles ; d'autres furentdécouverts qui étaient demeurés insoupçonnés. Quand, après la Première Guerre mondiale, Wilson reprit son travail d'expérimentation, il poursuivit l'étude des trajectoires des particulesionisantes.

Une importance spéciale doit être accordée à son étude des processus d'absorption des rayons X et des rayons gamma.

Sesphotographies montrèrent clairement les deux processus distincts qui avaient lieu : absorption photoélectrique d'un quantum par unatome avec émission d'un électron qui emporte la presque totalité de l'énergie du photon, et diffusion Compton, dans laquelle le photonne cède qu'une part de son énergie à un électron, tandis que l'énergie restante est reçue par un photon diffusé de fréquence inférieure.Wilson confirma les calculs de Compton selon lesquels ce dernier processus est d'autant plus fréquent que l'énergie du photon est plusélevée. Aux environs de 1925, la chambre à détente de Wilson devint largement utilisée comme un outil puissant pour l'étude des phénomènesatomiques.

Avec son aide, les physiciens purent photographier la désintégration des noyaux, identifier le neutron, découvrir l'électronpositif et les mésons positif et négatif et, finalement, observer la désintégration spontanée d'un méson en électron.

Dans les années 50,l'emploi de la chambre à détente a conduit à la découverte de deux nouvelles particules instables : les mésons tau positif et négatif d'unemasse neuf cents fois supérieure environ à la masse électronique.

Jamais, peut-être, dans l'histoire de la science, un dispositif d'unesimplicité aussi ingénieuse n'a produit une aussi riche moisson de découvertes importantes. Une autre découverte de grande portée fut faite par Wilson dès 1901 "Des expériences furent alors effectuées", écrit-il, "pour rechercher sila production continue d'ions dans l'air exempt de poussières pouvait être attribuée à des radiations provenant de sources extérieures ànotre atmosphère, radiations peut-être analogues aux rayons X ou aux rayons cathodiques mais d'une puissance de pénétrationincomparablement supérieure." Il descendit une chambre d'ionisation au fond d'une mine pour rechercher si l'ionisation ne se trouvait pasréduite à cette profondeur, mais les résultats obtenus furent peu concluants.

L'hypothèse émise par Wilson de l'origine extraterrestred'une partie de l'ionisation résiduelle s'est cependant trouvée corroborée en fin de compte, mais seulement dix ans plus tard, grâce auxexpériences faites par Hess à l'aide de ballons.

La remarquable intuition de Wilson ne l'avait donc pas seulement amené à anticiper ladécouverte des rayons cosmiques mais aussi à tenter pour la première fois d'en mesurer l'intensité sous terre. Wilson passa de longues années à étudier les phénomènes électriques qui se produisent pendant les orages et il contribua largement auxprogrès réalisés dans ce domaine alors obscur.

Jusqu'à sa mort en 1959, il a poursuivi ses recherches théoriques sur les orages. En 1927, C.T.R.

Wilson reçut un Prix Nobel de Physique pour son invention de la méthode de la chambre à détente permettant de rendrevisibles les trajectoires des rayonnements ionisants.

Fort judicieusement, un autre prix Nobel fut décerné la même année à A.

H.

Comptonqui a le premier élucidé le phénomène de diffusion des rayons gamma durs, dont une confirmation si éclatante a été apportée par lesphotographies en chambre de Wilson. Toutes les recherches expérimentales poursuivies par "C.T.R.", comme on l'appelle affectueusement dans le monde entier, se distinguentinvariablement par une grande ingéniosité de conception alliée à une extrême simplicité de moyens.

Il construisait lui-même la plupart deses appareils et pouvait passer des semaines à polir à la main un piston de verre pour en faire un cylindre.

Il rédigeait ses publicationsavec une laborieuse lenteur, mais il en résultait des modèles de prose scientifique d'une lumineuse élégance.

Ses cours n'étaient pasfaciles à suivre car sa voix était peu nette et son écriture au tableau pénible à déchiffrer.

Mais, une fois surmontés ces menus obstacles,l'étudiant se voyait récompensé par une présentation profonde et pénétrante du sujet physique traité.

L'auteur de ces lignes conservecomme un précieux trésor les notes prises aux conférences de C.T.R.

sur l'optique classique. La chambre de C.T.R.

Wilson, aujourd'hui archaïque, n'en demeure pas moins l'un des outils les plus admirables par sa simplicité et safécondité auxquels nous sommes redevables des étonnants progrès de notre connaissance des phénomènes atomiques.. »