Ernest Lawrence(1901 — 1958)
Ernest Orlando Lawrence
États-Unis
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Physicien américain (1901-1958), inventeur du cyclotron, premier accélérateur de particules circulaire. Prix Nobel de physique en 1939, il a ouvert la voie à la physique nucléaire moderne et contribué au Projet Manhattan.
Questions fréquentes
Faits marquants
- 1929 : invention du principe du cyclotron
- 1930 : construction du premier cyclotron à l'Université de Californie à Berkeley
- 1939 : Prix Nobel de physique pour l'invention et le développement du cyclotron
- 1941-1945 : participation au Projet Manhattan pour la séparation de l'uranium-235
- 1952 : fondation du Lawrence Livermore National Laboratory
Œuvres & réalisations
Invention révolutionnaire qui permit d'accélérer des particules chargées à des énergies sans précédent sans recourir à des tensions électriques dangereuses. Le cyclotron ouvrit la voie à toute la physique nucléaire expérimentale moderne.
Version améliorée permettant d'accélérer des protons à 4,8 millions d'électronvolts. Cet appareil fut utilisé pour produire les premiers radio-isotopes artificiels à Berkeley et valider la puissance du dispositif.
Machine capable d'accélérer des deutons à 20 millions d'électronvolts, elle permit des avancées majeures en physique nucléaire et en production de radio-isotopes médicaux, notamment pour les premières thérapies contre la leucémie.
Lawrence créa ce laboratoire universitaire qui devint un modèle mondial de la « Big Science » : une science normale qui mobilise de grandes équipes, de lourdes infrastructures et des financements massifs, en rupture avec la physique de cabinet du XIXe siècle.
Lawrence adapta le principe du cyclotron pour créer des séparateurs isotopiques à grande échelle destinés à produire l'uranium-235 nécessaire à la bombe atomique. L'usine Y-12 d'Oak Ridge abrita des centaines de calutrons en fonctionnement simultané.
Laboratoire national co-fondé par Lawrence dans le contexte de la Guerre froide pour développer la bombe à hydrogène américaine. Il reste aujourd'hui l'un des centres de recherche en physique nucléaire les plus importants au monde.
Anecdotes
En 1929, Lawrence lit par hasard un article du physicien norvégien Rolf Wideröe sur l'accélération de particules chargées. Ne lisant pas l'allemand, il se concentre sur les schémas et les formules mathématiques, et comprend intuitivement comment faire tourner des particules en cercle pour les accélérer indéfiniment. De cette lecture improvisée naît l'idée du cyclotron.
Son premier cyclotron, construit en 1930 à Berkeley, tenait dans le creux d'une main : il mesurait à peine 10 centimètres de diamètre et était en grande partie fabriqué à partir de matériaux de récupération, dont du fil de cuivre et des plaques de verre. Malgré son aspect rudimentaire, il accéléra des protons à 80 000 électronvolts, prouvant que le concept fonctionnait.
Lawrence reçut le Prix Nobel de physique en décembre 1939, alors que la Seconde Guerre mondiale venait d'éclater en Europe. La cérémonie à Stockholm fut l'une des dernières à se tenir normalement avant des années. Lawrence, âgé de seulement 38 ans, était alors le plus jeune lauréat du Nobel de physique depuis des décennies.
Pendant le Projet Manhattan, Lawrence développa les « calutrons », des séparateurs électromagnétiques géants dérivés du cyclotron, pour isoler l'uranium-235 de l'uranium-238. Des milliers de jeunes femmes de la région d'Oak Ridge opérèrent ces machines sans savoir qu'elles participaient à la fabrication d'une bombe atomique.
Le frère d'Ernest, John Lawrence, médecin, utilisa le cyclotron de Berkeley pour produire des radio-isotopes et traiter des patients atteints de leucémie dès 1937. Leur mère fut l'une des premières patientes soignées avec ces nouvelles techniques. Cette collaboration entre physique fondamentale et médecine inaugura l'ère de la médecine nucléaire.
Sources primaires
En appliquant une différence de potentiel oscillante entre deux électrodes en forme de D placées dans un champ magnétique, il est possible d'accélérer des ions en trajectoires circulaires successives, atteignant des énergies très élevées sans recourir à des tensions dangereuses.
Le cyclotron, dans sa conception, repose sur le principe de résonance magnétique : la fréquence de rotation d'un ion dans un champ magnétique uniforme est indépendante de sa vitesse, ce qui permet une accélération cumulative par des impulsions électriques synchronisées.
Je suis convaincu que si nous concentrons nos efforts sur la séparation électromagnétique, nous pouvons obtenir des quantités suffisantes d'uranium-235 dans les délais requis par le programme.
Le cyclotron de 60 pouces a permis d'accélérer des noyaux lourds à des énergies suffisantes pour induire des réactions nucléaires artificielles variées, ouvrant des perspectives nouvelles en physique nucléaire expérimentale.
Lieux clés
Ville natale d'Ernest Lawrence, né le 8 août 1901. Fils d'un surintendant scolaire, il grandit dans le Midwest américain dans un milieu modeste mais intellectuellement stimulant.
Lieu de toute la carrière scientifique de Lawrence à partir de 1928. C'est là qu'il conçut, construisit et perfectionna le cyclotron, et qu'il fonda le Radiation Laboratory (aujourd'hui Lawrence Berkeley National Laboratory).
Site secret du Projet Manhattan où Lawrence supervisa l'installation des calutrons dans l'usine Y-12. Des milliers d'ouvriers y travaillèrent à la séparation de l'uranium fissile, sans connaître la nature exacte de leur mission.
Ville où Ernest Lawrence reçut son Prix Nobel de physique le 11 décembre 1939, en pleine Seconde Guerre mondiale. La cérémonie marqua la reconnaissance internationale de l'importance du cyclotron pour la physique moderne.
Ville où Lawrence co-fonda en 1952 le Lawrence Livermore National Laboratory, dédié à la recherche sur les armes thermonucléaires durant la Guerre froide. Ce laboratoire porte aujourd'hui son nom.
