Wolfgang Pauli
Wolfgang Ernst Pauli (25 avril 1900 – 15 décembre 1958) était un physicien autrichien. Il proposa en 1930 le neutrino — comme solution de fortune à un problème qui tourmentait la physique depuis quinze ans, et avec la crainte expresse d'avoir proposé quelque chose qui ne pourrait jamais être mis en évidence.
Pour un autre résultat, le principe d'exclusion qui porte son nom, il reçut en 1945 le prix Nobel de physique.
Un enfant prodige de Vienne
Pauli naquit à Vienne ; son parrain était le physicien Ernst Mach. Dès le lycée, il passait pour un talent mathématique exceptionnel. À dix-huit ans, il publia son premier travail ; à vingt ans, un article de synthèse sur la théorie de la relativité qui fut aussitôt considéré dans le milieu spécialisé comme un ouvrage de référence — Einstein lui-même en fit expressément l'éloge.
En 1921, il soutint sa thèse auprès d'Arnold Sommerfeld à Munich ; il fut ensuite assistant de Max Born à Göttingen et de Niels Bohr à Copenhague. À partir de 1928, il enseigna à l'ETH Zurich.
Le problème de la désintégration bêta
Lors de la désintégration bêta, les électrons quittent le noyau atomique avec des énergies très différentes — un spectre continu au lieu d'une valeur nette. Dans tout autre processus nucléaire, l'énergie était nette.
En 1930, Lise Meitner avait exclu, par une mesure calorimétrique, qu'il s'agisse d'une erreur de mesure. L'énergie se perdait réellement.
Deux issues s'offraient donc. Niels Bohr envisagea sérieusement d'abandonner la conservation de l'énergie à petite échelle. Pauli tenait cela pour le prix le plus élevé.
La lettre du 4 décembre 1930
Pauli écrivit à un congrès de physiciens nucléaires à Tübingen auquel il ne pouvait pas participer lui-même — il était à un bal à Zurich. La formule d'adresse de la lettre est devenue célèbre : « Chers Mesdames et Messieurs radioactifs. »
Sa proposition : lors de la désintégration naîtrait une particule jusqu'alors inconnue, électriquement neutre, qui emporterait l'énergie manquante. Elle devait être très légère et ne devait quasiment pas interagir avec la matière — sinon on l'aurait remarquée depuis longtemps.
Pauli l'appela d'abord « neutron ». Le nom passa deux ans plus tard à la lourde particule nucléaire de James Chadwick ; Enrico Fermi baptisa alors la particule de Pauli neutrino, « petite chose neutre » en italien.
Le ton de la lettre est remarquable. Pauli qualifie sa propre proposition d'expédient désespéré et demande l'indulgence. Il s'est plus tard excusé à plusieurs reprises d'avoir inventé une particule qu'on ne pourrait pas détecter.
Le pari et son dénouement
Pauli aurait parié une caisse de champagne que sa particule ne serait pas trouvée de son vivant.
Le 14 juin 1956 lui parvint un télégramme de Frederick Reines et de Clyde Cowan : le neutrino avait été mis en évidence auprès d'un réacteur nucléaire. Pauli aurait fêté la soirée avec des amis et la caisse promise.
26 ans séparaient la proposition de la mise en évidence.
Ce qui le distinguait par ailleurs
Le principe d'exclusion. En 1925, Pauli formula que deux électrons ne peuvent jamais occuper le même état quantique. Il en découle la structure du tableau périodique — et en définitive la raison pour laquelle la matière occupe un espace et ne s'effondre pas sur elle-même.
La conscience de la physique. Pauli était redouté pour sa critique sans ménagement. De lui vient cette phrase à propos d'un travail : il n'est « même pas faux » — le jugement le plus dur que connaisse la physique, parce qu'il signifie qu'un énoncé n'est même pas vérifiable.
L'effet Pauli. Les physiciens expérimentateurs prétendaient en plaisantant que sa seule présence faisait tomber les appareils en panne. Pauli lui-même prenait un plaisir visible à cette légende.
Postérité
Pauli mourut en 1958 à Zurich, dans la chambre 137 — un nombre qui l'avait occupé toute sa vie, parce que l'inverse de la constante de structure fine est proche de 137 et que personne ne peut expliquer pourquoi.
Son neutrino n'était, au moment de la proposition, qu'un pur pis-aller. Aujourd'hui, il porte l'astronomie neutrino, il a ouvert une brèche dans le modèle standard au seul endroit avéré, et il se tient au début des réflexions sur la neutrinovoltaïque.
Termes associés
- Désintégration bêta — le problème de départ
- Lise Meitner — la mesure qui rendit la proposition nécessaire
- Enrico Fermi — la théorie et le nom
- Expérience de Cowan et Reines — la mise en évidence
Sources
- W. Pauli : Lettre ouverte au groupe des radioactifs, Tübingen, 4 décembre 1930.
- Fondation Nobel : prix Nobel de physique 1945.