FOWLER WILLIAM (1911-1995)

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Comprendre comment les différents éléments chimiques ont pu se former dans l'Univers, telle fut la quête à laquelle William Fowler voua sa vie, au laboratoire Kellogg de physique nucléaire de l'Institut de technologie de Californie (Caltech) à Pasadena. Il est considéré comme un des fondateurs de l'astrophysique nucléaire.

Né à Pittsburgh, il rejoignit à vingt-deux ans le laboratoire de physique nucléaire du Caltech pour y préparer sa thèse sous la direction de Charles Lauritsen avec qui il continua de collaborer par la suite. C'est là que, à l'exception de quelques années sabbatiques, il mena une carrière d'enseignant et qu'il forma plusieurs générations d'étudiants à qui il sut transmettre son enthousiasme.

Il se trouva associé à un vaste programme où collaborèrent astronomes et physiciens, expérimentateurs et théoriciens ; lorsqu'il recevra le prix Nobel de physique en 1983 (prix partagé avec le théoricien Subrahmanyan Chandrasekhar), il fera d'ailleurs remarquer que cette distinction récompense en fait un travail collectif du laboratoire Kellogg consacré à l'étude expérimentale et théorique des réactions nucléaires appliquée à l'astrophysique. Cette recherche sous-entend que l'énergie solaire, nécessaire à la vie terrestre, est issue des réactions de fusion nucléaire qui ont lieu à l'intérieur du Soleil. Guidé par la théorie de la relativité, l'astronome anglais Arthur Eddington avait supposé, dès 1920, que cette énergie pouvait provenir d'une annihilation de matière stellaire ; cette hypothèse fut infirmée quelques années plus tard lorsqu'il apparut que les noyaux atomiques au cœur des étoiles étaient soumis à des conditions tellement extrêmes qu'ils étaient susceptibles de s'interpénétrer, produisant des réactions thermonucléaires très puissantes. C'est à Hans Bethe que l'on doit la première description détaillée de ces réactions, en 1939 ; il reçut d'ailleurs pour ces travaux le prix Nobel de physique en 1967. William Fowler reconnaissait que les résultats de Bethe avaient profondément influencé ses recherches. Au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, le laboratoire de physique nucléaire du Caltech se spécialisa dans l'étude de ces mêmes réactions. Une nouvelle discipline était née : l'astrophysique nucléaire.

Si les deux éléments les plus légers, l'hydrogène et l'hélium, ont directement émergé de l'explosion primordiale, les éléments plus lourds que l'on trouve sur la Terre, du carbone à l'uranium, furent synthétisés au cœur des étoiles (qui naquirent et vieillirent) avant d'être dispersés dans la Voie lactée, et cela bien avant que notre système solaire ne se forme. Le but de l'astrophysique nucléaire est donc d'abord de comprendre les réactions de synthèse nucléaire advenant dans des conditions particulières qui sont celles qui règnent dans les régions centrales des étoiles. Il faut donc suivre l'évolution énergétique des profondeurs stellaires, due en particulier aux réactions de transmutation qui détruisent les éléments lourds.

Un exemple parmi tant d'autres des travaux de Fowler est l'étude de la fusion de trois noyaux d'hélium (les particules α de la radioactivité) en un noyau de carbone dans les étoiles géantes rouges. D'autres analyses très fines de multiples réactions nucléaires établirent que plus une étoile vieillissait plus elle était à même de synthétiser des éléments lourds.

Dans une publication intitulée Synthèse des éléments dans les étoiles (1957), Fowler dresse un panorama complet des réactions de nucléosynthèse résumant l'ensemble de ces travaux. L'ambitieux programme, mis en œuvre vingt ans plus tôt, pouvait donc être considéré comme réalisé.

William Fowler aimait à dire que le moteur de sa carrière de physicien avait été la curiosité intellectuelle et le plaisir de la recherche expérimentale. Reconnaissant l'importance des applications de la physique nucléaire, il faisait remarquer qu'il ne pouvait s'empêcher de les considérer comme “une épée à deux tranchants”.

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

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Bernard PIRE, « FOWLER WILLIAM - (1911-1995) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 25 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/william-fowler/