YUKAWA HIDEKI (1907-1981)

Carte mentale

Élargissez votre recherche dans Universalis

Physicien japonais, né le 23 janvier 1907 à Tōkyō, dans une famille bourgeoise, nourrie de culture classique, notamment chinoise, dans la tradition confucéenne, Yukawa Hideki était le cinquième de sept enfants qui devinrent, pour la plupart, d'éminents universitaires. Son père, Ogawa Takuji, géologue et géographe, fut nommé professeur à l'université de Kyōto et c'est donc dans cette ville que Yukawa fit ses études. Il fut très vite porté vers les mathématiques et la philosophie : celles de Laozi et de Zhuangzi, où la Nature tient une place importante, l'influencèrent durablement.

Yukawa Hideki

Photographie : Yukawa Hideki

Le physicien japonais Yukawa Hideki (1907-1981) obtint le prix Nobel en 1949 pour sa théorie mésique des forces nucléaires. 

Crédits : Keystone/ Getty Images

Afficher

Admis au département de physique de l'université en 1926, il y eut comme condisciple un autre futur Prix Nobel, Shin-ichiro Tomonaga (1906-1979). Le Japon, bien qu'imprégné déjà de la technologie moderne, ne s'était ouvert que peu à peu à la science au sens occidental. Grand lecteur, Yukawa se passionna vite pour les nouvelles conceptions philosophiques accompagnant la relativité et la théorie des quanta, conceptions qu'il avait découvertes en particulier dans les ouvrages de Max Planck. En marge de ses études, il eut connaissance des développements contemporains de la mécanique quantique qui aboutirent à sa formulation bien établie vers la fin des années 1920. Il obtint son diplôme à l'université de Kyōto en 1929 et commença, dès lors, des recherches personnelles dans la double direction de la mécanique quantique relativiste — voie ouverte par Paul Dirac en 1928 — et de la physique nucléaire qui se dessinait alors. Il s'attacha tout d'abord au problème de la liaison nucléaire — liaison électron-proton, le neutron étant une particule encore inconnue —, puis à la théorie quantique des champs, au moment même où Werner Heisenberg et Wolfgang Pauli élaboraient leur travail fondamental. Il put assister, en 1929, à des exposés de Dirac et de Heisenberg, de passage à Kyōto. Le physicien Nishina Yoshio (1870-1951), qui revenait d'un long séjour chez Niels Bohr à Copenhague — il était l'auteur, avec Oscar Klein, de la formule désormais célèbre de Klein-Nishina sur la diffusion des électrons —, lui accorda, ainsi qu'à Tomonaga, son soutien.

C'est en avril 1932 que Yukawa, qui portait encore le nom d'Ogawa, épousa Yukawa Sumi, dont la famille l'adopta. À la même époque, il fut nommé lecteur de physique à l'université de Kyōto, tandis que Tomonaga se rendait à Tōkyō pour travailler avec Nishina. Tout en enseignant la mécanique quantique, Yukawa poursuivait ses recherches sur les problèmes de la physique des noyaux. En 1933, il se rendit à l'université d'Ōsaka où il fut nommé professeur assistant en 1936. Il travailla comme théoricien, en relation avec une importante équipe de jeunes physiciens expérimentateurs qui disposaient d'un cyclotron. Stimulé par le travail d'Enrico Fermi sur la radioactivité bêta, paru en 1934, il s'attaqua au problème de la force nucléaire, que la théorie de Fermi — comme venaient de le montrer les travaux de D. Iwanenko et I. Tamm — était impuissante à résoudre. Il reprit une idée qu'il avait déjà considérée lors de ses premiers travaux, celle d'une force d'échange, transmise entre le neutron et le proton par une particule nouvelle associée à un champ nouveau, dont il se proposait de déduire les propriétés à partir de la force nucléaire. C'est en octobre 1934 qu'il découvrit la solution, en obtenant une relation entre la masse de cette particule d'échange hypothétique et la portée de l'action des forces nucléaires. Cette dernière étant de l'ordre de 2 × 10—13 cm, la particule de Yukawa, le méson, devait avoir une masse valant deux cents fois celle de l'électron. Il fallait supposer que ces mésons étaient de spin entier ou nul, qu'ils obéissaient à la statistique de Bose-Einstein et qu'ils étaient pourvus de charges positive et négative.

Ce travail n'attira pas l'attention (ainsi Niels Bohr, de passage au Japon au printemps de 1937, rejeta l'hypothèse qui s'y trouvait avancée) jusqu'au jour où C. Anderson, S. Neddermeyer et d'autres chercheurs annoncèrent la découverte d'une particule nouvelle dans le rayonnement cosmique, ayant la masse prévue par Yukawa. Il apparut toutefois que l'interaction de ce méson avec la matière était trop peu intense pour qu'il puisse être la particule d'échange des forces nucléaires. La théorie des deux mésons pallia la difficulté : le méson π se désintégrait en donnant la particule observée par Anderson — le muon. Le méson π fut en réalité découvert en 1947 par C. Lattès, C. Powell et G. Occhialini.

Yukawa compléta et poursuivit ces recherches décisives dans la direction d'une théorie quantique du champ scalaire, en collaboration avec de jeunes physiciens, Sakata Shoichi, Taketani Mitsuo, Kobayashi M., notamment. Il avait découvert entre-temps, avec Sakata, le mécanisme de désintégration du noyau par capture d'un électron orbital, en appliquant la théorie de Fermi. Ses recherches ultérieures en direction d'une théorie quantique relativiste du champ non local inspirèrent, en particulier, les travaux de Tomonaga sur la renormalisation.

Nommé professeur à l'université de Kyōto en 1939, où il créa une brillante école de physique théorique, Yukawa rencontra en Europe et aux États-Unis, à la veille de la Seconde Guerre mondiale, les plus grands physiciens de l'époque. Après la guerre, la physique du méson connut une activité aussi intense que féconde, ouvrant le domaine nouveau de la physique des particules élémentaires. Yukawa fonda, en 1946, la revue japonaise Progress of Theoretical Physics, qui publie depuis lors, en anglais, des travaux de niveau international. Il effectua un séjour à l'université de Princeton (N.J.) en 1948 sur l'invitation de J. R. Oppenheimer, et fut nommé professeur à l'université de Columbia, dans l'État de New York, de 1949 à 1953. Il fut le premier Japonais à recevoir le prix Nobel de physique, en 1949, pour sa théorie mésique des forces nucléaires.

Yukawa fonda l'institut de recherches de physique fondamentale de l'université de Kyōto et le dirigea jusqu'à sa retraite, en 1970. Il ne se cantonna pas dans une activité de physicien : il écrivit des essais sur la créativité scientifique et milita en faveur de la paix, signant l'Appel d'Albert Einstein et de Bertrand Russell contre l'utilisation des armes atomiques.

Il mourut à Kyōto le 9 août 1981.

1  2  3  4  5
pour nos abonnés,
l’article se compose de 3 pages

Écrit par :

Classification

Autres références

«  YUKAWA HIDEKI (1907-1981)  » est également traité dans :

CHAMPS THÉORIE DES

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 4 478 mots
  •  • 1 média

Dans le chapitre «  Théories de jauge et description des interactions nucléaires »  : […] Les premiers essais pour décrire les interactions nucléaires dans le cadre des théories quantiques des champs arguaient de la portée limitée des forces nucléaires comme une preuve que les champs échangés entre les protons et les neutrons d'un noyau atomique, par exemple, étaient quantifiés en des particules de masse intermédiaire entre celles des électrons et des protons ; ces mésons (en particul […] Lire la suite

HEISENBERG WERNER KARL (1901-1976)

  • Écrit par 
  • Léon ROSENFELD
  •  • 3 503 mots
  •  • 2 médias

Dans le chapitre « Théorie quantique des champs »  : […] Dès 1927, Paul Dirac avait étendu hardiment la portée de l'algèbre quantique à des systèmes d'un nombre indéfini d'éléments, tels que les quanta de rayonnements électromagnétiques qui peuvent être créés ou annihilés dans les processus d'émission ou d'absorption. En outre, il avait découvert une formulation relativiste de la mécanique quantique des particules (telles que les électrons) qui sont do […] Lire la suite

INTERACTIONS (physique) - Interaction nucléaire forte

  • Écrit par 
  • Bernard PIRE
  •  • 1 947 mots
  •  • 5 médias

Dans le chapitre « La théorie de Yukawa et les mésons »  : […] En 1921, James Chadwick propose, à partir d'observations des collisions entre des rayons α et des noyaux atomiques, l'existence d'une force extrêmement intense. La description de cette force pose dès le départ une quantité de problèmes aux théoriciens, en particulier tant que l'existence et la nature du neutron ne sont pas solidement établies. En 1932, Werner Heisenberg propose une première théor […] Lire la suite

PROTON

  • Écrit par 
  • Nicole d' HOSE
  •  • 4 575 mots

Dans le chapitre « Historique »  : […] La masse et la charge du proton, c'est-à-dire de l'ion positif hydrogène, sont mesurées pour la première fois par le physicien allemand Wilhelm Wien en 1898, puis par le physicien anglais Joseph John Thomson en 1910. À cette époque, Thomson imagine que les électrons et les protons s'agglomèrent pour former l'atome, sorte de petite boule homogène. Mais cette vision est rapidement réfutée par la mis […] Lire la suite

Les derniers événements

20-31 janvier 2015 Irak – Japon. Assassinat de deux otages japonais par l'État islamique

Yukawa, patron d'une société de sécurité privée. Il exige la libération de la djihadiste irakienne Sajida al-Rishaoui, condamnée à mort en Jordanie, sous peine d'exécuter le second otage japonais, le journaliste Kenji Goto, et le pilote jordanien Maaz al-Kassasbeh, capturé en Syrie en décembre 2014. Le 31, l'E.I. assassine Kenji Goto.  […] Lire la suite

Pour citer l’article

Michel PATY, « YUKAWA HIDEKI (1907-1981) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 25 novembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/yukawa/