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Jun 03, 2023

Comment le hasard scientifique et un peu de chance ont aidé à entrer dans l'ère nucléaire

Des expériences accidentelles et des rencontres fortuites ont aidé Enrico Fermi à produire le

Des expériences accidentelles et des rencontres fortuites ont aidé Enrico Fermi à produire le premier réacteur nucléaire

David N. Schwartz, place publique du Zocalo

Le grand public peut considérer l'entreprise scientifique comme rationnelle et méthodique, progressant de manière ordonnée et cohérente. Mais la science avance par à-coups, parfois en avant et parfois en arrière, parfois méthodiquement et parfois tout à fait par accident. Le rôle extraordinaire que jouent le hasard et l'accident dans la découverte scientifique est illustré par la remarquable carrière d'Enrico Fermi, l'un des plus grands physiciens du XXe siècle. Fermi est principalement connu pour ses travaux sur la physique des neutrons, la fission nucléaire et les expériences qui ont conduit à la première bombe atomique.

En octobre 1934, Fermi dirigeait une petite équipe à Rome pour créer des éléments radioactifs en bombardant divers éléments avec des neutrons, les particules neutres lourdes situées dans le noyau de la plupart des atomes. Ce faisant, il a divisé l'atome d'uranium. Mais pour diverses raisons, principalement liées aux limites de la radiochimie de son équipe, il ne le savait pas à l'époque. Cependant, ses collègues ont remarqué que bombarder un élément alors qu'il était assis sur une table en bois, étonnamment, rendait cet élément plus radioactif que lorsqu'il était assis sur une table en marbre. Ce n'était pas un résultat qu'ils avaient prévu, et ils ne l'auraient peut-être pas remarqué sans leur curiosité et leur capacité d'observation.

Cherchant une explication, ils rapportèrent le phénomène à Fermi. Fermi y a réfléchi et a conclu que les noyaux plus légers d'hydrogène et de carbone dans la table en bois agissaient pour ralentir les neutrons, donnant aux neutrons plus de temps pour passer à l'intérieur du noyau atomique et l'endommager, d'où l'augmentation de la radioactivité. Il a mené une expérience de confirmation avec un bloc de paraffine entre la source de neutrons et la cible - la paraffine contient beaucoup d'hydrogène et de carbone, elle est donc idéale à ces fins.

Il est impossible d'exagérer l'importance de cette découverte fortuite. Les travaux que Fermi mena par la suite pour exploiter cette révélation, aboutissant au développement de la première réaction nucléaire en chaîne le 2 décembre 1942 à Chicago, reposaient entièrement sur l'effet « neutron lent ». Les briques de graphite qui formaient la structure de la première pile atomique ont servi de modérateur pour ralentir les neutrons émis par les lingots d'uranium intégrés dans toute la pile, augmentant la probabilité de fission. Non seulement tous les réacteurs nucléaires sont basés sur cet effet ; c'était un aspect essentiel de la recherche sur la fission qui a conduit, inexorablement, au développement des armes nucléaires.

La science de Fermi a été guidée par accident d'autres manières. Il y a d'abord eu le simple accident de sa naissance en 1901, qui l'a mené à la maturité intellectuelle dans les années 1920, à une époque où se posaient les problèmes profonds de la théorie quantique. Le grand historien britannique CP Snow a un jour écrit à propos de Fermi : « Si Fermi était né quelques années plus tôt, on pourrait bien l'imaginer découvrant le noyau atomique de Rutherford, puis développant la théorie de Bohr sur l'atome d'hydrogène. Fermi est susceptible de ressembler à une hyperbole."

Bien sûr, étant né en 1901, il était trop tard pour contribuer à ces premières années de physique nucléaire. Il est cependant né juste à temps pour contribuer à certains des développements les plus importants de la théorie quantique. Les Fermis d'aujourd'hui, dans la mesure où ils existent, travaillent maintenant dans des équipes de milliers de physiciens expérimentaux et théoriciens au CERN, où la physique des particules de pointe se produit mais où les possibilités de réalisation individuelle sont fortement limitées.

Deuxièmement, il y a sa rencontre accidentelle à 13 ans avec un collègue de son père, un homme du nom d'Adolfo Amidei, qui a compris que Fermi était un enfant prodige et a pris sur lui de donner à l'adolescent une formation de premier cycle en mathématiques et en physique - la fondation sur lequel Fermi a bâti sa carrière.

Troisièmement, il y a l'accident de son mariage avec une femme qui aimait tellement Rome qu'elle a refusé de déménager aux États-Unis en 1930, lorsque Fermi a d'abord voulu le faire. S'il avait quitté Rome au début des années 1930, qui sait s'il aurait fait ses travaux sur les neutrons lents ou découvert la fission ?

En fait, il ne savait pas qu'il avait divisé l'atome d'uranium dans ses expériences de 1934 jusqu'en 1939, lorsque des scientifiques allemands ont annoncé qu'en reproduisant les travaux de Fermi de 1934, ils avaient conclu qu'il avait créé la fission de l'uranium. Le fait qu'il ait utilisé un blindage en plomb sur chaque élément qu'il bombardait, qui cachait le fait que l'uranium émet une forte impulsion électromagnétique lorsque son noyau est divisé, est certainement un hasard historique. S'il avait su qu'il séparait l'atome d'uranium, l'Italie aurait peut-être développé des armes nucléaires bien avant le début de la Seconde Guerre mondiale, avec des conséquences totalement imprévisibles.

Il y a aussi son arrivée à l'Université de Columbia en 1939, peut-être l'accident le plus historique de tous. À Columbia, il rencontra le physicien hongrois Leo Szilard, qui avait l'idée d'une réaction nucléaire en chaîne bien avant que l'atome d'uranium ne soit divisé, et qui pressa Fermi dans les expériences menant à la première réaction nucléaire en chaîne contrôlée et soutenue au monde. Si Fermi avait choisi d'aller à l'Université du Michigan à Ann Arbor (où il avait des amis) au lieu de Columbia, il n'aurait pas rencontré Szilard. William Lanouette, le biographe de Szilard, estime que si les deux hommes ne s'étaient pas rencontrés à New York en janvier 1939, l'histoire de la bombe atomique aurait certainement été différente, et un succès opportun bien moins certain. Szilard a eu l'idée de la réaction en chaîne ; Fermi était la personne la mieux informée au monde sur la façon dont les neutrons traversent la matière. Ainsi, l'accident qui les a placés au même endroit au même moment a été le pivot autour duquel a tourné le projet Manhattan.

Aussi frappants que soient ces hasards et accidents dans la carrière de Fermi, l'histoire des sciences en regorge. La découverte du médicament chimiothérapeutique cisplatine, la découverte de la radioactivité, la découverte du rayonnement de fond cosmique et même la découverte du Viagra ont toutes été faites par hasard. La découverte de la pénicilline par Alexander Fleming est emblématique de ce rôle démesuré que le hasard a joué dans la science. Le professeur de bactériologie prépare une série de boîtes de Petri avec des colonies bactériennes avant de partir en vacances depuis son laboratoire du St. Mary's Hospital de Londres en septembre 1928. De retour de vacances, il passe en revue les préparations et, à sa grande surprise, remarque que de la moisissure en a infesté une. d'eux. En examinant le plat plus en détail, il a observé qu'immédiatement autour de la colonie de moisissures, aucune bactérie ne se développait. Intrigué, il a commencé une série d'expériences et a déterminé que la moisissure sécrétait une substance qui tuait les bactéries. De longues années de travail supplémentaire ont été nécessaires, mais le résultat - le premier antibiotique majeur - a changé complètement et pour toujours la pratique de la médecine, sauvant d'innombrables vies en cours de route.

Les découvertes accidentelles sont, bien sûr, l'exception et non la règle. La plupart des scientifiques passent leur carrière à explorer méthodiquement des questions intéressantes dans leurs domaines respectifs, et s'ils ont de la chance, ils ajouteront à la somme de connaissances en le faisant. Et certaines de leurs découvertes seront sans aucun doute formidables. Les découvertes d'Einstein n'étaient pas accidentelles, même si cela a aidé qu'il soit né au moment où il était, pas un millénaire plus tôt.

David N. Schwartz est l'auteur de Le dernier homme qui savait tout : La vie et l'époque d'Enrico Fermi, père de l'ère nucléaire. Son père, Melvin Schwartz, a partagé le prix Nobel de physique 1988 pour la découverte du neutrino muonique.

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