Reflets de la Physique n°62 jun à sep 2019
Reflets de la Physique n°62 jun à sep 2019
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°62 de jun à sep 2019

  • Périodicité : bimestriel

  • Editeur : Société Française de Physique

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 60

  • Taille du fichier PDF : 5,2 Mo

  • Dans ce numéro : dossier, le nouveau système international d'unités.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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1 A 3. De gauche à droite  : Semen Altshuler, Evguenii Zavoïskii et Boris Kozyrev à Kazan en 1968. (Photo  : MikhailL. Blatt.) certains matériaux nécessaires aux expériences et l’absence de soutien des membres de l’Académie des sciences de l’Union Soviétique, ont pour conséquence le démantèlement du dispositif expérimental construit par Zavoïskii. Cette décision est prise par l’Académie des sciences sous prétexte que le montage expérimental est trop simple pour permettre la confirmation de la découverte scientifique du phénomène fondamental de la RMN. Plus tard, Semen Altshuler et Boris Kozyrev écrivirent  : « Si Zavoïskii avait eu deux à trois mois pour poursuivre ses expériences, il aurait identifié la raison de la mauvaise reproductibilité de ses résultats et l’existence de l’absorption par résonance magnétique des protons aurait été prouvée. » [4] La découverte de la résonance paramagnétique électronique (RPE) En 1943, Zavoïskii retourne à ses recherches expérimentales à l’Université de Kazan. Cette fois, il entreprend d’étudier la relaxation paramagnétique électronique de sels paramagnétiques de manganèse et de cuivre dans des champs magnétiques perpendiculaires (voir encadré, p.42). Le dispositif expérimental artisanal construit pour les expériences de RMN était tout à 40 Reflets de la Physique n°62 fait adapté à l’étude de la relaxation paramagnétique (voir la photo en haut de la page 39). Zavoïskii conçoit et met en œuvre une méthode qui lui permet d’améliorer notablement la sensibilité de l’expérience. Il introduit une modulation du champ magnétique statique en ajoutant un champ magnétique alternatif parallèle au champ statique et ayant une fréquence beaucoup plus basse que celle du champ magnétique oscillant perpendiculaire au champ statique. En outre, le domaine des radiofréquences appliquées est étendu jusqu’à 100 MHz. Le 21 janvier 1944, Zavoïskii observe les pics d’absorption d’un champ d’ultrahaute fréquence dans des sels paramagnétiques soumis à un champ magnétique statique (fig. 4). Il découvre ainsi le phénomène de résonance paramagnétique électronique (RPE) en phase condensée et soumet un article pour publication le 12 juillet 1944, date officielle de la découverte de la RPE [5]. Cette découverte résultait d’une part de ses recherches antérieures sur la résonance magnétique nucléaire, d’autre part de son extraordinaire intuition et de son approche originale des problèmes scientifiques. Il n’est pas surprenant que ses collègues l’aient appelé « le génie de l’expérience ». Dans ses expériences de RPE, Zavoïskii utilisait des ondes dans la gamme des mégahertz. Après la Seconde Guerre mondiale, des générateurs de fréquences de l’ordre du gigahertz sont disponibles et permettent d’améliorer la sensibilité de la détection du signal de RPE. Bien que le physicien britannique Brebis Bleaney ait parfois été crédité de la découverte de la résonance paramagnétique électronique, sa première publication sur la RPE [6] fut envoyée le 19 décembre 1947, plus de trois ans après celle de Zavoïskii. De 1945 à 1947, les activités scientifiques extrêmement fructueuses de Zavoïskii sont à l’origine de nombreux projets reposant sur sa découverte de la RPE  : il démontre expérimentalement les effets de l’antiferromagnétisme dans les phénomènes de résonance et découvre le phénomène de la résonance ferromagnétique. En 1948, il avait publié 18 articles sur la résonance et la relaxation paramagnétiques. Le livre de Boris Kochelaev et Youri Yablokov [7] offre une description très intéressante de l’histoire de l’Université de Kazan et des informations détaillées sur les premières recherches relatives à la résonance paramagnétique. Plusieurs autres contributions scientifiques importantes En 1947, Igor V. Kourtchatov invite Zavoïskii à le rejoindre à Moscou et à participer au projet atomique soviétique à Sarov (Arzamas 16 à l’époque de l’URSS) et aux recherches sur les processus très rapides de physique des rayonnements et de physique des plasmas [8]. Une méthode d’enregistrement de signaux lumineux extrêmement courts et faibles est développée selon les directives de Zavoïskii. À partir de cette époque, ses recherches et activités expérimentales ont porté sur un très vaste domaine  : la détection des traces des particules ionisantes et ses applications ; la polarisation des faisceaux de particules et les cibles polarisées ; la fusion thermonucléaire contrôlée et la physique des plasmas ; le chauffage turbulent, etc. Des transducteurs électro-optiques multicascade pouvant mesurer une durée de signal comprise entre 10 -14 et 10 -12 seconde sont développés. Ces transducteurs furent ensuite appliqués en physique des plasmas, physique nucléaire, technologie laser, à l’astronomie et à la biologie.
0 £1/88 1511 288 250 Me 15-8 Hsersted 4. Le premier spectre de RPE obtenu pour une solution de chlorure de manganèse tétrahydraté (MnCl 2.4H 2 O) dans de l’alcool méthylique à la concentration de 0,175 g/cm 3, soumis à un champ magnétique statique H et à un champ magnétique oscillant perpendiculaire à H, de longueur d’onde 25 m à 300 K [5]. On observe un maximum de la puissance radiofréquence absorbée quand la fréquence correspondant à la différence d’énergie ΔE entre les niveaux de spin de l’ion de transition due à l’effet Zeeman est égale à celle du champ magnétique oscillant. Zavoïskii développe une nouvelle méthode d’enregistrement des traces des particules ionisantes utilisant la chambre à traces de scintillation. Cette méthode est aussi le résultat du développement d’un dispositif original  : un convertisseur à multichambre électro-optique sensible aux photons individuels. Cette technique extrêmement sensible d’enregistrement des images seuils ouvre de nouvelles possibilités pour les recherches en physique nucléaire, spectroscopie optique, astronomie, biologie, physique des plasmas et finalement en électronique quantique. En tant qu’authentique innovateur et grand enthousiaste des applications pratiques de ses résultats, Zavoïskii fait un grand travail de promotion de cette nouvelle technique auprès des physiciens, astronomes, biologistes et autres spécialistes. Il participe personnellement à la première utilisation expérimentale du convertisseur multichambre électro-optique sur un télescope à l’observatoire astrophysique de Crimée. Zavoïskii conçoit une méthode de polarisation des faisceaux de particules chargées produites par des accélérateurs et participe à la conception de cibles polarisées pour des expériences de physique nucléaire. À partir de 1958, Zavoïskii travaille sur le programme de la fusion thermonucléaire contrôlée. Dans ce cadre, il est le premier à utiliser la méthode électro-optique en spectrochronographie de plasmas. Avec ses collègues, il découvre le phénomène de la résonance magnéto-acoustique dans un plasma [9]. Il concentre ses efforts sur la recherche des mécanismes de dissipation de l’énergie dans le plasma, qui sont plus efficaces que les collisions de paires. Puis vient la découverte de la résistance anormalement élevée d’un plasma aux densités de courant élevées et le chauffage efficace de ce plasma, qui est à l’origine du développement rapide de recherches expérimentales et théoriques sur les interactions collectives et les processus non linéaires dans les plasmas [10,11]. Le phénomène du chauffage turbulent eut une importance significative dans le développement de la théorie des plasmas. Il est utilisé, en particulier, dans les méthodes de chauffage du plasma sans collision, qui sont largement appliquées dans les tokamaks modernes pour la fusion thermonucléaire. Zavoïskii est le premier à indiquer la possibilité de chauffer un plasma dense jusqu’aux températures nécessaires à la fusion thermonucléaire avec des faisceaux d’électrons relativistes [12]. Cette suggestion est à l’origine d’une conception radicalement nouvelle d’un réacteur de fusion thermonucléaire contrôlée. La mise en œuvre de cette idée est devenue l’une des pierres angulaires du programme de recherche sur la fusion en URSS et à l’étranger. En 1972, bien que gravement malade, Zavoïskii poursuit ses études théoriques, cherchant inlassablement de nouvelles pistes de recherche scientifique. Il consacre beaucoup de temps et d’efforts à son travail pour l’Académie des sciences de l’URSS en tant que membre de différents conseils scientifiques. Le 9 octobre 1976, E.K. Zavoïskii meurt d’une attaque cardiaque. Une reconnaissance mondiale Histoire des sciences Découverte par E.K. Zavoïskii, la résonance paramagnétique électronique (RPE) fait partie des découvertes scientifiques significatives du XX e siècle. De 1959 à 1976, le nom de Zavoïskii a été proposé plusieurs fois pour le prix Nobel de physique et celui de chimie. Les travaux scientifiques de E.K. Zavoïskii sont tenus en haute estime, et la reconnaissance de ses mérites par le gouvernement de l’Union Soviétique se manifeste par l’attribution de nombreux prix et médailles. En 1957, il reçoit le prix le plus prestigieux de l’URSS (prix Lénine) pour sa découverte de la RPE. En 1969, une conférence scientifique internationale commémora le 25 e anniversaire de la découverte de la RPE à Kazan. Lors de cette conférence, le physicien français Alfred Kastler, lauréat du prix Nobel, déclare  : « La Volga commence à partir d’un petit ruisseau, croît de plus en plus et se transforme finalement en un énorme fleuve, aussi plein que la mer. La même chose s’est produite avec la résonance paramagnétique. Elle a commencé avec une expérience modeste réalisée ici à l’Université de Kazan, il y a 25 ans. Dans les années qui ont suivi, elle s’est transformée en un énorme champ d’investigations et a entrainé des milliers d’expériences et de publications. » Les activités scientifiques pluridisciplinaires de E. Zavoïskii sont à l’origine d’une quantité de nouvelles informations et de données sur divers phénomènes physiques et sur les propriétés de la matière. Cependant, ce qui caractérise son travail Reflets de la Physique n°62 41



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