1932, fission du lithium, première vérification de E=mc²

Einstein, en 1905, dans un article de 4 pages de septembre 1905 intitulé « L’inertie d’un corps dépend-elle de sa capacité d’énergie ? » déduit directement et simplement la formule E=mc² de son article de juin 1905 sur la relativité restreinte. Il émet cela comme une hypothèse, et indique une possibilité de vérification expérimentale. La première vérification expérimentale de hypothèse heuristique viendra en 1932 grâce à l’accélérateur de Colckroft-Walton avec la fission d’un atome de Lithium en deux atomes d’hélium suivant la réaction :

On fournit une très forte énergie à l’atome de lithium en l’accélérant. Il absorbe cette quantité d’énergie ΔE et se fissionne en deux composants d’hélium suivant l’équivalence Δm = ΔE / c², Δm étant ce qui est appelé le « défaut de masse » entre d’une part la masse de l’atome de lithium, d’autre part la somme des masses des deux atomes d’hélium, plus forte. L’énergie fournie par accélération à l’atome de lithium permet de casser son énergie de liaison, ce qui amène la décomposition en ces deux constituants d’hélium. La notion de « défaut de masse » était déjà connue des chimistes en 1905, en revanche la rattacher à un défaut (ou un surplus) d’énergie correspond bien à l’hypothèse émise par Einstein : c’est la première vérification expérimentale de E=mc².

Cette double découverte (vérification expérimentale de la formule + invention du premier accélérateur de particules) était passée relativement inaperçue à l’époque : 1° elle était éclipsée par une autre découverte atomique dans le même pays et la même année 1932, celle du neutron par James Chadwick (prix Nobel 1935) ; 2° la fission du lithium consomme de l’énergie et n’en produit pas (le lithium étant à gauche dans la courbe 17.4, il est plutôt candidat à la fusion qu’à la fission), la réaction n’avait pas d’applications pratiques : de fait c’est Otto Hahn (prix Nobel de chimie 1944), sur la base des travaux de Lise Meitner, qui découvrira la fission de l’uranium, productrice d’énergie par le mécanisme de la réaction en chaîne ; cette découverte, vérifiant aussi la formule d’Einstein, éclipsera la première vérification de 1932.

Le britannique John Cockcroft (1897-1967) et l’irlandais Ernest Walton (1903-1995) reçurent le prix Nobel de physique en 1951 pour cette invention du premier accélérateur de particules.