TV R

dont les axes sont 2R et 71R

SUR UNE PROPRIÉTÉ NOUVELLE DE LA MATIÈRE. l/j5

Nous verrons plus loin que les traces obtenues expérimentalement sont des ellipses dont les demi-axes sont 2Ret tc R.

Un autre problème s'est encore posé dans l'interprétation des photographies réalisées, c'est de déterminer la trace, sur un plan parallèle au plan des yz, des trajectoires dont l'élément initial est situé dans le plan des xy. Soit x = a l'équation d'un plan parallèle au plan des yz. La trajectoire dont l'élément initial fait un angle a avec ox dans le plan des xy, s'enroule sur un cylindre de rayon R sin a, tangent en A au plan des xy. Le temps mis par m pour aller de l'origine o jusqu'au point d'intersection M de sa trajectoire avec le plan x = a est

Fig. 18 ter.

v cos a.

l'angle ACM a pour valeur

ACM = ^

Or r

on a

m v cos x R cos a.

MÀM' = i MCA = ^

2 2 K cos a.

Le rayon vecteur AM fait donc avec l'a\e des y un angle égal à

a 2 R cos ce'

Lorsque a varie le point M décrit une courbe dont la tan-

génie à l'origine, pour a == 0, fait avec Ay un angle égal à —rr. Cette courbe coupe l'axe Az en des points déterminés par des valeurs de l'angle ACM égales à des multiples de 71 ; la courbe repasse périodiquement par l'origine et coupe l'axe Az à des distances de A égales à 2R sin a, a étant défini par la relation.

ïr^— =(2K + l)w.

K cos a v '

Ces distances sont donc :

VRS- £ VR2~ ^&

La courbe reste toujours comprise dans le cercle de rayon K tangent en A à Taxe des y, et elle est asymptotique à ce cercle.

Rappelons encore que, dans le cas d'un champ non uniforme, par exemple dans le cas de deux pôles magnetiques, M. Poincaré ( 1 ) a démontré que les trajectoires étaient des hélices enroulées sur un cône avant pour sommets l'un ou l'autre des pôles en question. M. Birkeland avait réalisé ce phénomène pour les rayons cathodiques et l'expérience décrite plus haut, p. i'3i, montrant la concentration du rayonnement déviable du radium sur les pôles est conforme à cette conclusion, si l'on assimile à des ravons cathodiques la partie déviable du nouveau rayonnement.

A la suite des expériences rapportées au paragraphe

(1) Comptes rendus de V Académie des Sciences, t. CXXV, p. 530 (0 octobre 18%).'

précédent, je me suis proposé d'étudier avec plus de précision les trajectoires des rayons déviés dans un champ magnétique uniforme.

J'avais d'abord cherché (i) à obtenir des coupes du faisceau dévié, les unes parallèlement au champ, les autres normalement. Les premières donnent des traces semblables à celles qui ont été représentées plus haut. Les secondes donnent des impressions limitées par une courbe, sorte de spirale, qui tourne dans le sens du courant équivalant au champ magnétique.

Si la source radiante est un point reposant sur une plaque de verre formant un plan horizontal, et situé à une distance a d'une plaque photographique verticale, on a vu par le calcul de la page précédente que la trace est une courbe dont la tangente, à l'origine, fait avec la trace du plan

horizontal un angle égal à — ^r (R étant le rayon des trajectoires circulaires dans le champ considéré).

La courbe PI. VI, fig. 3i, a été obtenue avec un grain de carbonate de radium placé sur une plaque, à omra,oo, de hauteur, par suite du papier qui le supportait, et à une distance de la plaque verticale de 3mm,5. Dans le champ d'environ 4°°° unités GGS qui était utilisé, on avait •}R = "mm,4. L'angle, à l'origine, est alors égal à celui qui sous-tend un arc égal environ à la moitié du rayon, soit a8° 1/2, ce qui paraît conforme à l'épreuve obtenue.

On a rapporté incidemment cette expérience qui fournit

(1) Comptes rendus de V Académie des Sciences, t. CXXIX, p. 1206 (26 décembre 1899).

seulement une vérification complémentaire de celles qui vont être développées ci-après (i).

Déviation magnétique dans le vide. — On rappellera d'abord une série d'expériences qui avaient eu pour but de rechercher si l'air exerçait une influence notable sur la vitesse de propagation du rayonnement déviable. L'expérience n'a montré aucune différence appréciable dans l'air ou dans le vide, mais j'ai reconnu ultérieurement qu'on ne pouvait rien conclure de cette expérience. Nous verrons, en effet, que les écrans absorbants arrêtent des rayons de certaines vitesses et laissent passer des rayons animés de vitesses plus grandes. Or, les plaques photographiques étaient enveloppées de papier noir, et s'il arrivait que la présence de l'air ralentît tous les rayons, ceux qui traverseraient le papier proviendraient de rayons primitivement plus rapides et ramenés à une vitesse moindre, mais comme rien ne les distingue plus de ceux dont ils ont pris la vitesse, ils feraient alors leur impression à la même place, et, conformément à l'expérience, on n'observait aucune diférence. La même conclusion s'appliquerait à toute autre modification des rayons, portant à la fois sur leur pénétrabilité et sur la courbure de leurs trajectoires.

L'expérience présente cependant des particularités intéressantes. Elle a été réalisée de la manière suivante : un tube de verre fermé à une extrémité, et en relation par l'autre, au moyen d'un tube de plomb, avec une trompe à mercure, était disposé horizontalement entre les pôles d'un

(1) Comptes rendus de V Académie des Sciences, t. CXXX, p. 206 (29 jî ier 1900).

électro-aimant, et normalement au champ. Dans ce tube, à côté d'un peu d'acide phosphorique pour dessécher Pair, était placée une petite plaque photographique horizontale, enveloppée de papier noir ; sur cette plaque était posée une petite cuve de plomb de omm,g4 d'épaisseur contenant la matière active rassemblée dans un trou de i millimètre environ de diamètre percé dans une carte, maintenu en dessous par du papier noir, et en dessus par une très mince feuille d'aluminium. Dans ces conditions, la matière peut rester plusieurs heures sur la plaque sans la voiler, et donne seulement une impression directement au-dessous de la source à travers le plomb.

On fait alors plus ou moins complètement le vide dans le tube, puis on fait passer dans lélectro-aimant un courant qu'on maintient constant. Les rayons ramenés sur la plaque - photographique par le champ magnétique impressionnent celle-ci d'un côté de la source. Au bout d'une dizaine de minutes de pose on interrompt le courant, on laisse rentrer l'air, puis on fait passer dans l'électro-aimant un courant égal au premier, pendant le même temps, mais en sens inverse, de façon à rejeter l'impression de l'autre côté de la source ; on peut ainsi, sur la même épreuve, comparer les effets obtenus dans le vide, et dans l'air à la pression atmosphérique.

On a opéré avec des pressions de 7 millimètres, de 2 millimètres, de omm,i de mercure et dans le vide presque absolu. Dans tous les cas, les deux impressions ont paru à très peu près identiques de part et d'autre de l'impression directe de la source, comme le montre la fig. 33, PI. VI, qui correspond à un champ d'intensité H = 4o8o. L'impression est

1 5o RECHERCHES

limitée du côté de la source par des courbes qui affectent à peu près la forme théorique d'arcs d'ellipse dont les demi-axes sont dans le rapport de 2 à iz (3,i4i6).

On doit remarquer que, même si le rayonnement était homogène, la partie déviée dans le plan normal au champ se composerait d'une infinité de trajectoires circulaires de même rayon passant toutes par la source ponctuelle. Lorsque celle-ci est dans le plan de la plaque photographique, la trace de l'enveloppe de ces trajectoires tombe au même point que la trace de la trajectoire émise normalement à la plaque; dans ce cas, il paraît vraisemblable que le lieu du maximum d'impression s'écarte peu de ce point et que l'impression doive se présenter sous forme diffuse et dégradée du côté de la source. On devrait alors avoir pour le lieu du maximum les arcs d'ellipse théoriques.

Mais dans l'expérience ci-dessus la source n'est pas exactement sur la plaque photographique; par suite de l'épaisseur du fond de la cuve et de l'élasticité du papier noir qui la soulève^ la source était à une distance zQ au-dessus de la plaque, que l'on a estimée à *^mm, 1 7 .

Si l'on suppose que la trajectoire issue normalement de la source est encore celle qui produit l'impression maximum dans le plan perpendiculaire au champ, on a entre le rayon 2 R et la distance y du maximum à la trajectoire de la source la relation :

La trajectoire issue obliquement au champ qui tombe normalement sur la plaque vient encore la percer au même point (fig. 19]

Les trajectoires dont l'obliquité est comprise entre celles des deux précédentes rencontrent la plaque entre ce point et la trace de la circonférence enveloppe. Si l'on suppose que cette trace correspond au lieu où l'impression est maximum, on en déduirait pour la valeur cherchée du rayon :

Fig. 19.

Les deux valeurs y + — et y + — diffèrent peu si za est

y iy

petit par rapport à y. L'exemple ,.-- " ^ cité plus haut serait particulièrement défavorable pour une mesure / \

précise. Pour une même valeur \ /^ /V\

de y, les deux formules donneraient \ // / \

-des nombres dont la différence varie >, ;; --------- -^- \.

entre o,o5 et o,io de leur valeur.

La connaissance du rayon de

courbure R des trajectoires circulaires est une donnée

fondamentale pour l'étude du rayonnement. On vient de

voir que l'on a théoriquement R = — TT; la valeur de K 1 l en

fournit une des grandeurs qui permettent de calculer —

et v.

Identité du rayonnement émis par des sels radifères diversement actifs. — Une question qui s'est présentée au début des recherches sur la radioactivité a été de savoir si les sels diversement actifs émettaient tous des rayons de même nature ne différant entre eux que par leur intensité,

ou si la nature des rayons changeait avec l'activité. La première supposition semblait du reste la plus probable, et l'expérience suivante la confirme. M. et Mme Curie m'avaient obligeamment prêté du carbonate de baryum radifère et deux échantillons de chlorure d'activités différentes. Sur une même plaque photographique enveloppée de papier noir, et placée horizontalement entre les pôles de l'électro-aimant, quelques grains de deux préparations différentes ont été disposés côte à côte; entre ces deux sources on interposa un écran perpendiculaire à la fois à la plaque et au champ; on excita alors l'électro-aimant, et, après un temps de pose variable avec les échantillons, on observa, en développant la plaque, que les deux impressions obtenues sur les deux moitiés étaient inégales comme intensité, mais qu'elles présentaient des déviations identiques.

De même que pour l'expérience précédente, celle-ci n'est pas absolument décisive, parce que les limites des impressions sont dues à l'absorption du papier noir; elle prouve seulement que, dans des sources inégalement intenses, il existe des rayons d'intensités différentes, possédant la même déviabilité magnétique.

Trajectoires fermées du rayonnement dans un champ magnétique uniforme. — Les rayons qui se propagent normalement à un champ magnétique décrivent des trajectoires fermées qui les ramènent au point d'émission. On peut constater ce fait par l'expérience suivante :

On dispose horizontalement dans le champ magnétique, comme dans les expériences précédentes, une plaque photographique enveloppée de papier noir, mais la gélatine

étant en dessous; puis très près du bord de la plaque, bord amené au milieu du champ, on place sur la face supérieure une lame de plomb, et sur cette lame la petite cuve décrite plus haut, formant une source de très petit diamètre. On excite alors l'électro-aimant dans le sens convenable pour que le rayonnement soit rejeté au dehors de la plaque, et l'on observe qu'il se produit, sur tout le bord au-dessous de la source, une impression due aux rayons qui y sont ramenés. Si l'on dispose dans l'espace divers écrans sur le trajet des rayons, leur ombre se reproduit sous la plaque montrant que les rayons normaux au champ sont ramenés sous la source elle-même et que les rayons obliques sont ramenés sur l'axe du champ passant par la source.

Enfin, si, à côté de la plaque horizontale, on dispose une plaque verticale dont le plan se prolonge au-dessus et audessous de la première, on obtient une section de toutes les trajectoires des rayons qui la rencontrent et l'on reconnaît que ceux-ci sont ramenés sur l'axe qui passe par la source.

L'épreuve reproduite (PI. VI, fig. 32) a été obtenue en plaçant un grain de radium à l'intersection de deux plaques enveloppées, disposées l'une parallèlement, l'autre perpendiculairement au champ. Elle montre que les rayons efficaces pour produire l'impression sur la plaque, horizontale normalement au champ, sont ceux qui sont émis normalement à la plaque.

On rend compte de tous ces résultats en assimilant le rayonnement déviable à des rayons cathodiques et en considérant ce rayonnement comme soumis à des forces qui solliciteraient des masses d'électricité négative transpor-

lées dans le champ magnétique avec une grande vitesse. Conformément aux considérations exposées ci-dessus, les trajectoires des rayons normaux à un champ uniforme sont des circonférences passant par la source, el tangentes à la direction originelle du rayonnement. Pour un rayonnement homogène, ces circonférences ont toutes le même

m v rayon K dont la valeur W = — yy est inversement propor-

tionnelle à l'intensité 11 du champ.

Les rayons émis normalement à une plaque photographique par une source située sur cette plaque reviennent couper celle-ci normalement et produisent une impression d'intensité maximum. Les rayons émis tangentiellement à la plaque reviennent sur eux-mêmes tangentiellement et ne produisent sur celle-ci aucune impression.

Pour une direction de propagation oblique, la trajectoire est une hélice qui correspond à l'hélice théorique. Pour un observateur supposé placé de manière à voit; le rayon s'éloigner de lui, l'hélice s'enroule dans le sens des aiguilles d'une montre si la propagation a lieu dans le sens du champ, et en sens inverse si la propagation a lien en sens contraire.

§4- — Dispersion H analyse du rayonnement déviable dans un champ magnétique . Absorption du rayonnement.

11 résulte de la forme des trajectoires que, si le rayonnement était homogène, l'impression reçue sur la plaque par les rayons qui y sont ramenés devrait présenter un maximum ^ers le bord le moins dévié et une diffusion de

SUS UNI: PROPRIETE NOUVELLE l)K LA MATIERE. 100

L'autre côté, et, dans le cas particulier (|iii nous occupe, une impression maximum du côté opposé à la source. Or, même avec une source de très petit diamètre, les arcs d'ellipse observés sont toujours très diffus vers l'extérieur, et si, en diminuant le champ magnétique, on augmente la valeur du rayon de courbure K, la diffusion augmente au point de couvrir la plaque sur tout un coté.

Cette diffusion est produite par la dispersion du rayonnement qui est bien réellement hétérogène, comme l'indiquaient les expériences antérieures. Une des applications les plus importantes de cette action magnétique est de disperser une partie du rayonnement en rayons inégalement dé viable s, de même qu'un prisme disperse la lumière en rayons inégalement réfrangibles.

On peut alors analyser le ravonnement dispersé comme on analyse la lumière. On constate qu'il se compose d'une infinité fie rayons ;tvant des trajectoires pour lesquelles la valeur fondamentale de K esl différente.

Dans l'hypothèse balistique on a RH = - ■ v. Si donc

nous observons des déviations différentes dans le même

champ magnétique, il faut en conclure que, soit la vitesse

in de propagation v, soit ce rapport — de la masse à la

charge, soit encore ces deux grandeurs varient d'une radiation à l'autre.

Si l'on dispose dans le champ magnétique une plaque photographique non enveloppée de papier noir, et sur laquelle on dépose une petite cuve de plomb contenant la matière active, puis diverses lames ou bandes de papier

ou de métal formant des écrans absorbants, on observe qu'en rencontrant ces écrans, une paiiie seulement du ravonnement dévié les traverse; les limites des impressions sous les différents écrans varient avec la nature de ceux-ci et l'épreuve figure de véritables spectres d'absorption. Les rayons les plus déviables sont arrêtés; d'autres donnent une impression sous les écrans en sortant de ceux-ci, et enfin les rayons les plus déviables traversent les écrans et la plaque photographique sans donner d'impression intense. L'épreuve, reproduite (PL VI, fi g. 34), donne une idée de ces spectres d'un genre nouveau. Elle a été obtenue dans un champ magnétique formé par des parallélipipèdes en fer de 10 centimètres de large sur i4 centimètres de hauteur, séparés par une distance de 3e, 3. Le champ uniforme était assez étendu pour comprendre toutes les trajectoires qui pouvaient être ramenées sur la plaque. On faisait passer dans l'électro-aimant un courant de 4 ampères. L'intensité du champ magnétique a-été évaluée a i ooo unîtes C<(jo.

La figure 34 de la PI. VI est relative aux impressions obtenues sous une bande de papier noir, une bande d'aluminium, de omm, i d'épaisseur et une bande de platine de omm,3.

La source était formée de quelques grains de chlorure de radium réunis dans un trou de i millimètre percé dans une carte doublée dune feuille de papier noir, et le tout placé dans une petite cuve rectangulaire en plomb dont le fond avait omm,o/|5 d'épaisseur. Lorsque la cuve était posée directement sur la plaque nue, la matière active était à une distance moyenne de imm,i du plan de la plaque.

SUR UNE PROPRIÉTÉ NOUVELLE DE LA MATIÈRE. 1 5y

On remarquera que l'impression au-dessous de la cuve a été très intense et environ trois fois plus large que la source elle-même.

On a réalisé ainsi un grand nombre d'épreuves avec divers écrans. Lorsqu'on expérimentait avec des plaques non enveloppées on disposait les expériences dans une chambre noire en s'éclairant seulement avec de la lumière rouge. On pouvait aussi opérer à la lumière avec une plaque enveloppée de papier noir, mais alors les impressions, au lieu de s'étendre jusque près de la source, par l'effet des rayons les plus déviables non arrêtés par les bords de la cuve, étaient limitées à un arc d'ellipse correspondant aux rayons arrêtés par le papier noir.

Pour relever les valeurs de i R correspondantes aux rayons limites arrêtés par divers écrans, on pouvait tracer sur du papier une série d'ellipses concentriques dont les rapports des axes étaient 2 et % et dont les petits axes variaient d'un millimètre de l'une à l'autre. Il suffisait alors de superposer ces ellipses à l'épreuve obtenue.

Cependant, comme dans la disposition ci-dessus, plusieurs radiations émises sous des angles différents peuvent venir impressionner la plaque en un même point, on peut avoir des doutes sur l'attribution d'une impression déterminée à une radiation unique dont la trajectoire aurait un rayon de courbure bien défini.

Cette incertitude n'existe plus si l'on oblige toutes les trajectoires issues d'une source ponctuelle à passer par un même point, qui pratiquement sera un trou percé dans un écran. Par ces deux points il ne passe qu'une seule circonférence de rayon déterminé, et ce rayon sera alors

défini si un troisième point de son parcours, par exemple son point d'arrivée sur la plaque, est connu.

Le faisceau, au sortir du trou, constitue ce que nous appellerons un spectre pur. Si on le reçoit sur une plaque photographique couverte de divers écrans, on obtient une apparence semblable à celle de la figure précédente.

L'épreuve reproduite figure 35, PI. VI, a été obtenue en posant sur une plaque photographique non enveloppée et placée dans un champ magnétique, la petite cuve qui avait servi aux expériences précédentes, et sous laquelle on avait glissé une petite bande de papier à lettre portant des cales et des repères. La petite cuve était recouverte d'une gouttière en plomb, de imrn,56 d'épaisseur et de 3mm,C)0 de hauteur intérieure; un trou de i millimètre de diamètre était percé sensiblement au-dessus de la source à une distance de 2mm,8o.

Sous la gouttière, les rayons secondaires émis par le plomb ont donné une impression intense et se sont montrés^ assez peu pénétrants pour donner une reproduction des inégalités du papier.

Les rayons déviés ont atteinf la plaque et ont donné, sous des écrans de papier noir et d'aluminium, des impressions à peu près identiques à celles de la figure précédente, la limite d'absorption de l'aluminium correspondant à peu près au maximum de l'impression sous le papier noir. Les positions des maxima d'impression sous les deux écrans, par rapport à la position de la source, sont à peu près les mêmes que dans l'épreuve précédente (A-8-3-00); les différences dans les distances des arcs limites, plus petites dans cette épreuve que dans l'épreuve A-ai-3-oo,

SUR UNE PROPRIÉTÉ NOUVELLE DE LA MATIÈRE. I r)Q

doivent être attribuées à la plus grande intensité du rayonnement dans cette épreuve, tandis que la portion du rayonnement qui a traversé un trou étroit, avant d'arriver sur la plaque, est relativement petite. La faible intensité oblige également à prolonger la pose qui a été de 80 minutes pour l'épreuve du 21, tandis quelle n'avait été (pie de 3o minutes pour l'épreuve du 8, et encore une pose de 20 minutes est-elle suffisante dans ce cas pour avoir des épreuves très intenses.

Ces diverses considérations ont conduit à se contenter, pour des mesures en quelque sorte qualitatives, de la disposition décrite en premier lieu, et à relever sur les épreuves obtenues avec cette disposition les valeurs des rayons de courbure des trajectoires des rayons qui sont à la limite de l'absorption de divers écrans. On a toutefois corrigé les distances relevées, en tenant compte de la hauteur de i"'m, 1 de la source au-dessus de la plaque. On a ainsi trouvé, avec un champ magnétique de 2o55 unités CGS environ, les limites suivantes :