WALTON ERNEST THOMAS SINTON (1903-1995)

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Fils d'un pasteur méthodiste irlandais, Ernest Thomas Sinton Walton, né à Dungarvan (comté de Waterford) le 6 octobre 1903, est décédé le 25 juin 1995 à Belfast. Après des études au Trinity College de Dublin, il avait effectué son travail de thèse sous la direction d'Ernest Rutherford, le célèbre découvreur du noyau atomique, qui dirigeait alors le laboratoire Cavendish de l'université de Cambridge. C'est là qu'il joignit ses efforts à ceux de John Douglas Cockcroft, un physicien anglais de six ans son aîné, pour développer des techniques d'accélération de particules qui seront à la source des gigantesques machines permettant l'analyse détaillée du noyau atomique et de ses constituants. Ils induiront, grâce à leur appareil révolutionnaire, la première transmutation de matière entièrement contrôlée, réalisant en quelque sorte le rêve des alchimistes. C'est pour l'ensemble de ces travaux que les deux inventeurs reçurent le prix Nobel de physique en 1951. Ernest Walton était entre-temps retourné en Irlande et y avait épousé la fille d'un pasteur méthodiste. Il enseigna la physique au Trinity College de Dublin de 1934 jusqu'à sa retraite.

Ernest Walton, lord Rutherford et Douglas Cockcroft

Photographie : Ernest Walton, lord Rutherford et Douglas Cockcroft

L'Irlandais Ernest Walton (1903-1995), Prix Nobel de physique en 1951, le Britannique lord Rutherford (1871-1937), Prix Nobel de physique en 1908, et le Britannique Douglas Cockcroft (1897-1967), Prix Nobel de Physique, avec Walton, en 1951. 

Crédits : Hulton Getty

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Même si, depuis plusieurs dizaines d'années, on soumettait la matière à des rayonnements ionisants naturels pour l'étudier, briser un noyau atomique avec des projectiles préparés en laboratoire restait une gageure. Comment en effet bombarder une cible si minuscule ? Les projectiles qu'on pouvait envisager, protons ou rayons α (respectivement noyaux d'hydrogène et d'hélium), de charge électrique positive, ne pouvaient qu'être violemment repoussés par les forces électrostatiques si intenses à proximité immédiate du noyau. La nouvelle théorie quantique avait cependant montré que le caractère ondulatoire de toute particule lui donnait une probabilité non nulle de pénétration du noyau atomique, pourvu qu'elle soit convenablement accélérée par une tension de quelques centaines de milliers de volts et cela bien que son énergie ne surpasse pas la barrière de potentiel nucléaire.

Ces prévisions théoriques optimistes donnèrent l'impulsion nécessaire au développement d'une nouvelle technique d'accélération de protons par l'application directe d'une très haute tension. Malgré le peu d'enthousiasme de leur directeur de laboratoire, qui jugeait l'expérience par trop hasardeuse, John Cockcroft et Ernest Walton inventèrent le premier accélérateur de particules digne de ce nom. Après avoir isolé des protons, par l'effet d'une décharge électrique ionisant des atomes d'hydrogène contenus dans une petite enceinte, et les avoir extraits par l'action d'un champ électrique modéré, les deux physiciens les accéléraient grâce à un astucieux dispositif, l'échelle de Cockcroft, qui permettait de transformer une tension alternative en une tension continue de valeur record. En dirigeant ce faisceau de protons sur une cible de lithium, ils parvenaient, en avril 1932, à casser certains de ces noyaux en deux noyaux d'hélium. Le proton projectile s'était joint aux trois protons et aux quatre neutrons du lithium avant que cet ensemble instable ne se brise en deux particules α contenant chacune deux protons et deux neutrons.

L'accélérateur de protons de Cockcroft et Walton

Photographie : L'accélérateur de protons de Cockcroft et Walton

L'accélérateur de protons par hautes tensions mis au point, en 1932, par les Britanniques John Douglas Cockcroft (1897-1967) et Ernest Walton (1903-1995). Pour leurs travaux, ils reçurent conjointement le prix Nobel de physique en 1951. 

Crédits : Georg Goebel/ Picture Alliance/ Getty Images

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C'est à la même époque que Ernest Orlando Lawrence, Prix Nobel de physique en 1939, réalisait à l'université de Californie à Berkeley le premier cyclotron, un accélérateur circulaire dans lequel les particules subissaient des poussées répétées. L'ère des grands instruments de recherche subatomique commençait. Aujourd'hui encore, les grands accélérateurs (le Tevatron du laboratoire Fermi près de Chicago par exemple, où fut récemment découvert le quark top) commencent souvent par un “Cockcroft-Walton” de taille nettement plus imposante que le génial bricolage de leurs inventeurs.

Le cyclotron

Photographie : Le cyclotron

Le physicien américain Ernest Orlando Lawrence (1901-1958), inventeur du cyclotron, un accélérateur circulaire permettant d'effectuer des réactions nucléaires, ici en 1945. 

Crédits : Keystone/ Getty Images

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Ernest Walton, lord Rutherford et Douglas Cockcroft

Ernest Walton, lord Rutherford et Douglas Cockcroft
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L'accélérateur de protons de Cockcroft et Walton

L'accélérateur de protons de Cockcroft et Walton
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Le cyclotron

Le cyclotron
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  • : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

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Pour citer l’article

Bernard PIRE, « WALTON ERNEST THOMAS SINTON - (1903-1995) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 24 janvier 2023. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/ernest-thomas-sinton-walton/