HAL Id: jpa-00242293
https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00242293
Submitted on 1 Jan 1908
HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.
L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.
Sur les électrons positifs
Jean Becquerel
To cite this version:
Jean Becquerel. Sur les électrons positifs. Radium (Paris), 1908, 5 (7), pp.193-200. �10.1051/ra- dium:0190800507019300�. �jpa-00242293�
Sur les électrons positifs
Par Jean BECQUEREL, Ingénieur des ponts et chaussées.
(Laboratoire de physique du Muséum d’histoire naturelle.)
1. - Avant-propos.
91. - On sait que les rayonnements chargés d’é-
lectricité négative (rayons cathodiques, rayons B) sont
formés d’un flux de corpuscules, appelés électrons,
dont la masse, deux mille fois plus petite que celle d’un atome d’hydrogène, est, au moins en majeure par- tie, de nature électromagnétique. Ces électrons néga-
tifs sc retrouvent dans de nombreux phénomènes et
sont les mêmes quelle que soit leur origine ; ils for-
mcnt l’un des constituants de la matière et on peut les
considérer comme des intermédiaires entre l’éther et la matière pondérable.
Les rayonnements positifs actuellement connus
(rayons a, rayons canaux, rayons anodiques) sont fort
différents des rayonnements négatifs; ils forment, en effet, un nux de matière électrisée, c’est-à-dire qu’ils
sont constitués, non par des électrons comparables
aux corpuscules négatifs, dont l’inertie parait se
réduire à l’inertie de l’éther, mais par des ions, pos- sédant une masse au moins égale a la masse de l’atomc
n2aténiel d’hydrogène.
§ 2. - L’existence d’un électron positif de même
nature que l’électron négatif ne semble guère admise aujourd’hui, et l’idée d’un second constituant univer- sel de la matière est loin d’être en faveur. Toutefois
quelques physiciens, trouvant de grandes difficultés à rendre compte des propriétés des métaux (conduc- tibilité, phénomène de Hall...) au moyen des seuls électrons négatifs, ont introduit dans les théories l’hy- pothèse d’électrons positifs, bien qu’aucun fait n’en
ait révélé l’existence réelle.
Les conceptions actuelles relatives à la nature de
l’électricité, positive sont d’ailleurs très diverses, et l’adoption de tel ou tcl système n’a guère été jusqu’à présent qu’une question de préférence. Le manque de données sur cet important problème retarde liteau- coup les progrès de nos connaissances sur la constitu- tion de la matière. Nous sommes en effet obligés,
dans notre ignorance de la nature des charges posi- tives, d’introduire à ce sujet dans les théories de la physique moderne des hypothèses qui ne reposent sur
aucune base expérimentale : nous ne pouvons, par suite, que nous faire une idée souvent très imparfaite,
pour ne pas dire très inexacte, de la structure des alto-
mes matériels.
II. - Premiers phénomènes attribuables à des électrons positifs.
§3. - Au mois de mars 19061, l’observation, dans le spectre d’absorption d’un cristal de xénotime,
d’un phénomène de même nature que le phénomène
de Zecman a donné pour la première fois un solide appui à l’hypothèse des électrons positifs. En effet,
contrairement aux résultats obtenus jusqu’alors dans
toutes les manifestations du phénomène de Zeeman,
les bandes d’absorption de vibrations circulaires d’un même sens sont, dans le xénotime, déplacées les unes
d’un côté du spectre, les autres du cûté opposé, sous
l’influence d’un même champ magnétique. L’interpré-
tation la plus naturelle est que certaines bandes sont dues aux électrons négatifs connus, mais que d’autres bandes sont dues à des électrons positifs non entre-
vus jusqu’alors. L’étude détaillée 2 des phénomènes magnéto-optiques dans les sels de terres rarcs, cristalli- sés ou dissous, a permis de généraliscr et d’étendre
les premières observations, et a peu à peu donné plus
de poids à l’hypothèse de l’existence simultanée d’é- lectrons positifs et négatifs. Ces phénomènes ont été
observés depuis la plus haute température que puissent supporter les cristaux jusqu’à la température de soli-
1. Jr,w BECQUEREL. C. n., 26 mars, 9 avril 1906 et suiv.
2. JEBB BECQUEREL, C. R., 1906, 1907, 9908; 2013Le Radium 4 (’1907), n° 2, p. 49; n° 5, p. 107; n° 9, p. 528 ; n° 11, p. 385 5, n° 1, p. 5 (1908). -Physik. Zeitschrift, 8 (1907). n° 19,
p. 652; nt) 25. p. 929 : 9 (1908j; n° 3, p. 94; - Phil. Mag. S.
6. 16, n" 91, p. 133 juillet 1908).
Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/radium:0190800507019300
194
dification de l’hydrogène: on particulier, les recher- chcs faitcs au laboratoire cryogène de l’Université de
Leyde1, ont permis d’établir l’invariabilité, à toute température, des changements de fréquence produits
par un même champ magnétique, ont montré que ces
changements peuvent être considérés comme carac-
téristiques des divers systèmes oscillants, et ont rendu sinon tout à fait certaine, du moins extrêmement pro- bahlc, l’existence des électrons positifs.
§ 4. - HÓeclnn1cnt M. A. Dufour a ohscrvé dans les spectres d’éiiiission des chlorures et fluorures
alcalino-terreux 2, puis dans le second, spectre de 1 hy- drogène 3 des phénomènes analogues à ceuvque j’avais
étudiés dans les spectres d’absorption des cristaux et (tes solutions. Les importantes expériences de M. Du-
four peuvent être interprétées par l’existence d’électrons des deux signes4.
Dans le même ordre d’idées, M. R. W. Woud 3, ayant observé auprès de certaines raies d’absorption de
la vapeur de sodiunl des rotations contraires à celles
que l’on obtient auprès des raies d’absorption don-
nant l’effet Zeeman habituel, a conclu à la présence
d’électrons positifs dans l’atome du sodium.
Enfin, de mon côté, j’ai retrouvé un phénomène
attribuable à des électrons positifs, à la plus haute température que nous puissions produire, dans le spectre d’étincelle condensée de l’yttrium 1.
§ 5. - D’autre part M. J. E. Lilienfeld a publié en
novembre 1906 et mars 19077 deux notes très in1-
portantes dans lesquelles il décrit des phénomène qu’il interprète par l’existence d’électrons positifs.
Dans certains tubes de Crookes, à très basse pression,
M. Lilienfeld a observé un faisceau qui se dirige dans
le sens des rayons cathodiques et peut être séparé par
un champ électrique et un champ magnétique en une partie négative et une partie positive. Puis, dans une
autre expérience, M. Lilienfeld a obtenu un faisceau venant de la direction de l’anode et déviable en sens
contraire des rayons cathodiques.
D’après la mesure, faite par M. Lilienfeld, des dévia- tions magnétique et électrique le rapport de la charge
à la masse est, pour les électrons positifs, environ
trois fois plus grand que pour les électrons négatifs.
MM. A. Bestelmeycr et S. 31arsh 1 ont repris les expériences de M. Lilienfeld, et avec un dispositif
1. JFAN I3LCQLLlU..L Ut Il. KAMLRLING H UswS, Kon. Akad.
Weters. le Amsterdam. 29 février i908: - C. li., 25 mm-b 1908.
2. A. DUFOUR, C. B., 20 janvier; 5 février 1908.
3. C.R., 25 mars 1908.
4. Voir à ce sujet Société de Physique, séance du 5 juin
1908.
5. R. W. WOOD, Phil. Mag. G. 25, p. 270 (février lUUBj.
6. JEAN BECQUEREL, C. n., 30 111a1S i908.
7. J. E. LILIENFELD, Verhand. cl. (Icitisch. Physik. Gesrll.
8, n° 25 (16 novembre 19U6, ; 9, W 7 (22 mars i907).
8. A. BESTELLMEYER et S. MARSH. 1-ei-h. Physik. Gesell.
9, n° 24 (13 décembre 1907, .
tout à fait analogue n’ont pu réaliser autre chose
qu’un faisceau cathodique et un rayon canal, c’est-a-
dire ont obtenu seulement des électrons négatifs et
des ions positifs; ils n’ont pas pu observer d’elec- trons positifs et ont conclu que le faisceau positif
obtenu par M. Lilienfeld cst « sans aucun doute » un
rayon canal.
Après diverses critiques des observations de 1B1. Lilienfeld, MM. Bestelmeyer et Marsh n’ont pas
pensé pouvoir considérer l’existence ders électrons
positifs comme démontrée. La question est restée en
suspens, M. Lilienfeld n’ayant ensuite, à ma connais-
sance, ni confirrné, ni démenti ses expériences.
Ayant été amené par une longue suite de recherches a la conviction que les atomcs matériels renferment des électrons positifs, aussi bien que des électrons négatifs, j’ai cherché à obtenir libre le second consti- tuant de la matière et j’ai été ainsi conduit à réaliser les expériences suivantes .
111. - Recherches nouvelles. Phénomènes attribuables à des électrons positifs libres
dans un tube de Crookes.
§ 6. - Dispositif. - Un tube de Crookcs (fig. 1)
est formé de deux parties A et B cylindriques (dia-
mètre 3cm,5, longueur 10 à 13cm) réunies par un tube étroit C (diamètre 6mm, lon-
gueur 10 à 15cl1I). L’anode
a, formée d’une plaque d’a-
luminium de’ 12 millimètres de diamètre, est dans l’am-
poule A et la cathode c, éga-
lement en aluminium, est dans l’ampoule B: Cette ca-
thode (diamètre 10nlln) est percée d’un trou de 1 mm en
face de l’étranglement C, de
manière à laisser pénétrer
des rayons canaux au milieu des rayons cathodiques
émis dans l’ampoule B. Les décharges sont produites par
une bobine d’induction ou, ce qui est préférable, par
une machine statique à 8 plateaux.
§7. - Expériences préliminaires. - Si l’on
Fig. 1.
touche la paroi de l’ampoule B avec un conducteur
relié à la terre, ou avec la main, on forme sur cette paroi une cathode secondaire et l’on observe sur le
verre une tache due à un afflua cathodique (phéno-
mène bien connu). Cette tache est de couleur orangée
tant que la pression est relativement élevée.
Loosqzre la pression est assez basse (1 500 à 1 1000 de
millimètre de mercure, le gaz étant l’air) pour que loute l’(unpoule B soit entièrement 1’clnplie de cor- puscules cathodiques, la tache obtenue sur les parois
en approchant, un conducteur relié à la terre prend
une vive phosphorescence et devint blanchàtre. Des
plaques de willémite placées contre la paroi s’illu-
minent très virement en vert à 1 endroit touche, non
sur la face située du cote du verre, niais sur la face orientée vers l’intérieur du tube. Enfin, si l’oll recou-
vre de willémite les deux faces de la cathode, la face
tournée du côté de B devient extrêmement brillante,
tandis que l’autre face n’est phosphorescente duc sur
une région étroite, où tombe l’afflux venant de la direc- tion de l’anode a : cette région sc manifeste de plus
par la couleur jaune du sodium et par de petits points
brillants discontinus. Le seinlillement ainsi observe
est dû a de très petites étincelles.
Des expériences préliminaire m’ont fait penser qu’une partie au moins de l’afflux qui vient sur les
cathodes secondaires formées en touchant le tube, ou
sur l’une des faces de la cathode c, doit être formée de corpuscules positifs très facilement déviables par
un champ magnétique.
Si l’on touche la paroi de 11 en deux points diamé-
tralelnent opposés avec deux fils reliés à la terre, il
se forme autour de chacun de ces points une tache
blanchc très brillante : les deux taches ainsi obtenues sont semblables si le tube est bien syn1élriquc. En approchant un aimant dont les lignes de force sont
normales à la direction des deux points touchés, on
vomit aussitôt l’une des taches s’affaiblir et l’autre augmenter d’intensité. Lorsque les deux points tou-
chés sur la paroi de B sont dans la région opposée à
la cathode c, l’effet, qui change de sens en même temps que le champ magnétique, peut s’expliquer par la déviation d’un flux positif venant de la direction de la cathode.
D’autre part, quand on approche un aimant en fer
à cheval de la partie de 13 voisine de la cathode, la vive phosphorescence verte de la willemite disparaît
sur la face de la cathode opposée à l’allodc, tandis que
sur la face tournée vers C, ou continue à observer un
scintillement.
Ces expériences ne constituent qu’une première indication, faisant penser à la possibilité de l’existence dans l’ampoule D de corpuscules positifs très dévia- bles à l’ainianl. Voici maintenant une expériences beaucoup plus concluante.
§ 8. - Effet attribuable à la présence de corpuscules positifs très sensibles à l’action
d’un faible champ magnétique. - En appro- chant simplement la main d’une paroi de l’ampoule B,
sans la toucher (la pression étant toujours de l’ordre de 1 500 de millimètre et les rayons cathodiques
étant répandus dans toute l’ampouleB), on voit aussi- tôt des rayons cathodiques secondaires repousscs sur
la paroi opposée, tandis qu’au contraire il se forme devant la main une tache blanchâtre qui est attirée et
suit les mouvements de la main. Cette tache étant attirée alors que les taches dues aux rayons catho-
diques sont repoussées, il cst naturel dc penscr qu’elle
est due a UI1 anl ux de charges positives. On peut, par tàtonnements, amener la tache attirée u être peu étendue (1 à 2cm2). Sous l’influence d’un très faible
champ magnétique, dont les lignes de ibrce sont nor-
luaIes au plan passant par l’axe du tube et le milieu de la tache, on voit cellc-ci se déplacer avec une extrême
sensibilité.
Il est facile de se rendre compte que, quelle que soit la direction des corpuscules formant l’afflux, la tache
doit subir un déplacement d’ensemble. Considérons
en effet (fig.2) la paroi P du verre et soit MN la tache
phosphorescente : imaginons un corpuscule arrivant
en M de la partie supérieure
du tube et un corpuscule
arrivant en N de la partie
inférieure. Si le champ nla- gnétique dé, ic le premier corpuscule en 81’, il amené
le second en N’, et la même
remarque pouvant être faitc pour toutes les directions
toitte la tache doit remonte J’
sur la paroi. Elle descendra
au contraire si l’on inverse le champ et le résultat sera
le même que les corpuscules
viennent tous du haut, tous du bas, tous du milieu, ou
à la fois de toutes les ré-
gions de l’ampoule B.
Le seiis du mouvement de la tache dans un champ dé-
F.g.2.
termine indique le signe de la charge des corpus- cules. On reconnaît ainsi que le phéno71zène est entiè-
rement explicable par- la présence de corpuscule positifs dont la grande déviabilité est, à première
L’ue, ccu moins égale il celle des corpuscules (’allto- diques qui ont Franchi en sens inverse la même chute de potentiel auprès de la tache formant cathode secon-
daire.
On peut, il est Brai, objecter que la tache phospho-
rescellte pourrait être due à l’émergence des rayons émanes de la paroi de verre et non au choc d’un afflux
positif. Mais il faut remarquer que, jusqu à présent,
un aff1ux positif a toujours été considéré comme né-
cessaire pour la production de rayons cathodiques ; si
par conséquent on admet qu’il y a un afflux, la tache, quelle soit produite par l’afflux ou par les raBons
émergents, indique de toute façon la région ou tombe
196
l’afflux; le fait que la tache est déplacée prouve donc
toujours que l’afflux est dévié.
Si d’ailleurs on veut admettre, contrairement aux
faits les mieux étahlis concernant la production des
rayons cathodiques, qu’il n’y a pas d’afflux et que la tache est uniquement produite par une émission, il
me parait impossible de comprendre comment l’in-
fluence d’un champ magnétique pourrait changer la région d’émission sur la paroi.
Dans l’hypothèse de l’existence de corpuscules posi-
tifs très déviables, ces corpuscules paraissent dissé-
minés dans l’ampoule B et ne forment de faisceau que si l’on produit une cathode secondaire qui les attire.
La phosphorescence de l’une des faces de la cathode
principale c, phosphorescence qui disparaît quand on
touche l’ampoule vers le milieu ou vers la partie infé-
rieure, semble due à une partie de ces corpuscules qui, étant repoussés par les parois, peuvent sc diri-
ger vers la cathode lorsqu’on ne les attire pas à la
partie opposée du tube.
§ 9. - Formation d’un faisceau positif dont la
déviation sous l’influence d’un champ magné- tique est comparable à la déviation des rayons
cathodiques. - Admettant provisoirement l’hypo-
thèse qui résulte des premières expériences, j’ai cher-
F)g.3.
ché à taire sortir les corpus- cules positifs de l’ampoule
B en les attirant par une ca- thode secondaire c’ formée d’un grillage ou mieux d’une
petite boucle (1 mm,5 de dia- mètre), placée à l’entrée
d’une ampoule supplémen-
taire D (fi g. 5). J’ai, de plus, ajouté une seconde anode a’
qui augmente l’intensité des rayons cathodiques émanés
de la cathode principale c.
Enfin un écran de willémite
w est placé dans D.
Tant que la pression est
relativement élevée (supé-
rieure à l l’500 de millimè- tl’e), en reliant cet écran 111
à la cathode on obtient seu-
lement sur la willémite une
petite tache phosphorescente
très nette, qui reste immo-
bile lorsqu’on approche un aimant; cette tache est pro- duite par un rayon canal, pratiquement insensible à
un faible champ magnétique.
Dès que la pression devient inférieure à 1/300 de millimètre (avec l’air), on voit se former autour de la
petite tache du rayon canal une nouvelle tache, plus large, très faible d’abord et dont l’intensité augmente
si l’on alaisse la pression jusqu’au millième de mil- limètre. En approchant de c’ un petit aimant, on dé- place fortement cette de1’niè1’"e tache dans le sens
correspondant il des charges positives érrzanées de la cathode secondaire c’. Dans le gaz un faisceau de couleur bleue, mobile quand on fait varier le champ magnétique, relie la tache phosphorescente de
l’écran à la cathode secondaire c’.
En même temps le rayon canal, quoique invisible
dans le gaz aux basses pressions, donne toujours sur
l’écran une tache intense. Ce rayon reste à peu près fixe, ou plus exactement subit, sous l’influence d’un aimant. un déplacement extrêmement faible dans le
sens opposé au déplacement de la tache mobile, c’est-
à-dire dans le même sens que les rayons catho-
diques.
Les phénomènes sont les mêmes quel que soit le gaz rcnfermé dans l’ampoule, air, oxygène ou hydrogène;
il m’a semblé que le faisceau dévié est particulière-
ment bien visible dans l’hydrogène.
Il est, avant tout, nécessaire de déterminer le sens du mouvement des corpuscules et de s’assurer que le rayonnement sort de c’, venant de l’ampoule B. La
déviabilité magnétique fournit une première preuve de ce fait : en effet, le rayon va frapper la plaque de willémite w et la tache brillante s’écarte de plus en plus de sa position première quand on approche un
aimant; puis elle atteint la paroi de l’ampoule D, où
elle produit une tache orangée qui se rapproche de c’
quand le charrip augolente.
Des rayons cathodiques allant dans le scns de D vers
B peuvent donner lieu sur les parois à une tache
située du même côté de l’ampoule D, mais la cour-
bure des rayons augmentant quand le champ aug- mente, la tache qu’ils produisent doit s’éloigner de c’.
D’ailleurs, de semblables rayon, venant du fond du tubc, sont visibles dans D; ils forment sur les parois
une tache verte et se distinguent nettement des rayons émanés de c’.
Les différents tubes employés n’ont laissé aucun
doute sur le sens du mouvement des corpuscules for-
mant le faisceau dévié; en particulier l’un des tubes
a, accidentellement, donné une excellente démonstra- tion. L’ampoule D avait la forme représentée figure 4
et, dans l’étranglement placé à la partie inférieure
de D, la cathode secondaire c’ formée d’un petit gril- lage s’est trouvée disposée obliquement contre la pa- roi. Le faisceau formait sur le verre une tr aînée d de couleur rouge-orangé, puis frappait de nouveau la paroi en e. Si l’on déviait le faisceau par un aimant,
on pouvait l’amener a passer par un nouvel étrangle-
ment f et il pouvait alors atteindre une plaque de
vdllémitc placée en w à environ 15 centimètres au-
dessous de la cathode secondaire c’. Il est bien évi- dent que ces résultats sont absolument incompatibles
avec l’hypothèse d’un faisceau venant du fond du tube
