Eugen Goldstein: découvertes et contributions

Eugen Goldstein était un physicien allemand de premier plan, né dans la Pologne actuelle en 1850. Ses travaux scientifiques englobent des expériences sur les phénomènes électriques dans les gaz et dans les rayons cathodiques.

Goldstein a identifié l'existence de protons comme des charges égales et opposées aux électrons. Cette découverte a été réalisée par des expériences sur des tubes à rayons cathodiques, en 1886.

L'un de ses héritages les plus remarquables consiste en la découverte de ce que l'on appelle aujourd'hui les protons, ainsi que des rayons de canaux, également appelés rayons anodiques ou positifs.

Y avait-il un modèle atomique de Goldstein?

Godlstein n'a pas proposé de modèle atomique, bien que ses découvertes aient permis le développement du modèle atomique de Thomson.

D'autre part, il est parfois crédité en tant que découvreur du proton, que j'observe dans les tubes à vide où il a observé les rayons cathodiques. Cependant, Ernest Rutherford est considéré comme le découvreur de la communauté scientifique.

Expériences avec les rayons cathodiques

Tubes de Crookes

Goldstein a commencé ses expériences avec les tubes de Crookes au cours de la décennie des années 70. Il a ensuite modifié la structure développée par William Crookes au 19ème siècle.

La structure de base du tube de Crookes consiste en un tube vide en verre dans lequel circulent les gaz. La pression des gaz à l'intérieur du tube est régulée en modérant l'évacuation de l'air à l'intérieur de celui-ci.

L'appareil comporte deux pièces métalliques, une à chaque extrémité, qui servent d'électrodes, et les deux extrémités sont connectées à des sources de tension externes.

Lors de l'électrification du tube, l'air s'ionise et devient un conducteur d'électricité. Il en résulte que les gaz deviennent fluorescents lorsque le circuit est fermé entre les deux extrémités du tube.

Crookes a conclu que ce phénomène était dû à l'existence de rayons cathodiques, c'est-à-dire d'un flux d'électrons. Avec cette expérience, l'existence de particules élémentaires à charge négative dans les atomes a été démontrée.

Modification des tubes de Crookes

Goldstein a modifié la structure du tube de Crookes et ajouté plusieurs perforations à l'une des cathodes métalliques du tube.

En outre, il a répété l'expérience de la modification du tube de Crookes, en augmentant la tension entre les extrémités du tube à plusieurs milliers de volts.

Dans cette nouvelle configuration, Goldstein a découvert que le tube émettait une nouvelle lueur qui partait de l'extrémité du tube perforé.

Cependant, il faut souligner que ces rayons se sont déplacés dans le sens opposé aux rayons cathodiques et ont été appelés rayons canaux.

Goldstein a conclu que, outre les rayons cathodiques, qui passaient de la cathode (charge négative) à l'anode (charge positive), il y avait un autre rayon se déplaçant dans la direction opposée, c'est-à-dire de l'anode à la cathode du tube modifié.

De plus, le comportement des particules vis-à-vis de leur champ électrique et de leur champ magnétique était totalement opposé à celui des rayons cathodiques.

Ce nouveau flux a été baptisé par Goldstein en tant que rayon des canaux. Comme les rayons du canal voyageaient dans la direction opposée aux rayons cathodiques, Goldstein en a déduit que la nature de leur charge électrique devait également être contraire. C'est-à-dire que les rayons du canal avaient une charge positive.

Les rayons du canal

Les rayons du canal apparaissent lorsque les rayons cathodiques entrent en collision avec les atomes de gaz confinés à l'intérieur du tube à essai.

Les particules avec des charges égales repoussent. À partir de cette base, les électrons du rayon cathodique repoussent les électrons des atomes du gaz, et ces derniers se détachent de leur formation initiale.

Les atomes de gaz perdent leur charge négative et sont chargés positivement. Ces cations sont attirés par l'électrode négative du tube, étant donné l'attrait naturel entre les charges électriques opposées.

Goldstein a appelé ces rayons "Kanalstrahlen", pour faire référence à la contrepartie des rayons cathodiques. Les ions chargés positivement qui composent les rayons du canal se déplacent vers la cathode perforée jusqu'à ce qu'ils la traversent, compte tenu de la nature de l'expérience.

Par conséquent, ce type de phénomène est connu dans le monde scientifique sous le nom de rayons de canaux, car ils traversent la perforation existante dans la cathode du tube à étude.

Modification des tubes cathodiques

De même, les essais d'Eugen Godlstein ont également contribué de manière significative à l'approfondissement des notions techniques sur les rayons cathodiques.

Lors d'expériences sur des tubes sous vide, Goldstein a détecté que les rayons cathodiques pouvaient projeter des ombres aiguës d'émission perpendiculaires à la zone couverte par la cathode.

Cette découverte était très utile pour modifier la conception des tubes cathodiques utilisés à ce jour et pour placer des cathodes concaves dans leurs angles afin de produire des rayons focalisés qui seraient utilisés dans diverses applications à l'avenir.

D'autre part, les rayons du canal, également appelés rayons anodiques ou rayons positifs, dépendent directement des caractéristiques physico-chimiques du gaz contenu dans le tube.

En conséquence, la relation entre la charge électrique et la masse des particules sera différente en fonction de la nature du gaz utilisé pendant l'expérience.

Avec cette conclusion, le fait que les particules sont sorties du gaz, et non l'anode du tube électrifié, a été clarifié.

Contributions de Goldstein

Premiers pas dans la découverte du proton

S'appuyant sur la certitude que la charge électrique des atomes est neutre, Goldstein a pris les premières mesures pour vérifier l'existence de particules fondamentales chargées positivement.

Fondements de la physique moderne

Les recherches de Goldstein ont apporté avec lui les fondements de la physique moderne, car la démonstration de l'existence des rayons du canal a permis de formaliser l'idée que les atomes se déplaçaient rapidement et avec un schéma de mouvement spécifique.

Ce type de notions était essentiel dans ce que l’on appelle maintenant la physique atomique, c’est-à-dire le domaine de la physique qui étudie le comportement et les propriétés des atomes dans leur ensemble.

Étude isotopique

Ainsi, l’analyse de Goldstein a conduit à l’étude des isotopes, par exemple, parmi de nombreuses autres applications scientifiques actuellement en vigueur.

Cependant, la communauté scientifique attribue la découverte du proton au chimiste et physicien néo-zélandais Ernest Rutherford, au milieu de 1918.

La découverte du proton, en tant que contrepartie de l'électron, a jeté les bases de la construction du modèle atomique que nous connaissons aujourd'hui.