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 à l'Owen's College à Manchester, mais, en dehors de quelques conférences du professeur Balfour-Stewart, n'y suivit point de cours régulier de 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 de plusieurs semaines qu'il effectua à la station météorologique du Ben Nevis, le sommet le plus élevé de l'Écosse ; il a décrit comme suit les observations qu'il y fit à cette époque : "Les merveilleux phénomènes optiques qui se manifestaient lorsque le soleil dirigeait ses rayons sur les nuages qui coiffaient la colline et, en particulier, les cercles colorés qui apparaissaient autour du soleil ou bien ceux qui entouraient l'ombre projetée par la montagne et par l'observateur sur le brouillard ou sur un nuage piquèrent ma curiosité et me firent souhaiter de les imiter au laboratoire." Les expériences poursuivies par Wilson au laboratoire Cavendish à Cambridge l'amenèrent rapidement à découvrir qu'on pouvait provoquer la condensation de gouttelettes d'eau sur des ions produits dans un gaz soumis à des radiations ionisantes qui venaient d'être découvertes à cette époque, telles que les rayons X ou les radiations du radium, en détendant une masse d'air humide dans certaines conditions soigneusement contrôlées.

Il était nécessaire, au préalable, d'éliminer, par des détentes répétées, toutes les parcelles de poussière 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 ions négatifs, supérieur à 1,31 si l'on voulait détecter les ions positifs.

Des mémoires décrivant ces recherches furent publiés entre 1895 et 1900. 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 évidence les trajectoires des particules ionisantes, dont l'existence avait été démontrée par le progrès des connaissances sur les rayons X et les rayonnements radioactifs.

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

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

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

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

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

Ses photographies montrèrent clairement les deux processus distincts qui avaient lieu : absorption photoélectrique d'un quantum par un atome avec émission d'un électron qui emporte la presque totalité de l'énergie du photon, et diffusion Compton, dans laquelle le photon ne 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 plus élevée. Aux environs de 1925, la chambre à détente de Wilson devint largement utilisée comme un outil puissant pour l'étude des phénomènes atomiques.

Avec son aide, les physiciens purent photographier la désintégration des noyaux, identifier le neutron, découvrir l'électron positif 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'une masse neuf cents fois supérieure environ à la masse électronique.

Jamais, peut-être, dans l'histoire de la science, un dispositif d'une simplicité 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 si la production continue d'ions dans l'air exempt de poussières pouvait être attribuée à des radiations provenant de sources extérieures à notre atmosphère, radiations peut-être analogues aux rayons X ou aux rayons cathodiques mais d'une puissance de pénétration incomparablement supérieure." Il descendit une chambre d'ionisation au fond d'une mine pour rechercher si l'ionisation ne se trouvait pas réduite à cette profondeur, mais les résultats obtenus furent peu concluants.

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

La remarquable intuition de Wilson ne l'avait donc pas seulement amené à anticiper la découverte 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 aux progrès 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 rendre visibles les trajectoires des rayonnements ionisants.

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

H.

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

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

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

Ses cours n'étaient pas faciles 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 conserve comme 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 sa fécondité auxquels nous sommes redevables des étonnants progrès de notre connaissance des phénomènes atomiques.. »