Emilio G. Segrè, physicien italien et lauréat du prix Nobel (découvert les éléments technétium, astate et l’antiproton antiparticule subatomique)
Emilio Segre a été professeur de physique à l’Université de Californie à Berkeley (1946-1972). D’autres affiliations institutionnelles incluent l’Université de Rome, l’Université de Palerme et le Laboratoire Los Alamos. Ses intérêts de recherche comprennent la spectroscopie atomique, les faisceaux moléculaires, les neutrons lents, la radiochimie, l’isomérie, la fission spontanée et la physique des hautes énergies.
Emilio Gino Segrè est né à Tivoli, Rome, le 1er février 1905, fils de Giuseppe Segrè, industriel, et d’Amelia Treves. Il fréquenta l’école de Tivoli et de Rome, et entra à l’Université de Rome en tant qu’étudiant ingénieur en 1922. En 1927, il passa à la physique et obtint son doctorat en 1928 auprès du professeur Enrico Fermi, le premier sous le parrainage de ce dernier .
En 1938, le professeur Segrè est venu à Berkeley, en Californie, d’abord en tant qu’associé de recherche au Laboratoire de rayonnement et plus tard en tant que chargé de cours au Département de physique. De 1943 à 1946, il est chef de groupe au Laboratoire de Los Alamos du Projet Manhattan. En 1946, il est retourné à l’Université de Californie à Berkeley en tant que professeur de physique et occupe toujours ce poste.
Les travaux du professeur Segrè ont porté principalement sur la physique atomique et nucléaire. Dans le premier domaine, il a travaillé en spectroscopie atomique, apportant des contributions à la spectroscopie des raies interdites et à l’étude de l’effet Zeeman. À l’exception d’un court intermède sur les faisceaux moléculaires, tous ses travaux jusqu’en 1934 portaient sur la spectroscopie atomique. En 1934, il a commencé les travaux en physique nucléaire en collaborant avec le professeur Fermi sur la recherche sur les neutrons. Il a participé à la découverte des neutrons lents et aux travaux pionniers sur les neutrons menés à Rome en 1934-1935. Plus tard, il s’est intéressé à la radiochimie et a découvert avec le professeur Perrier l’élément technétium, avec Corson et Mackenzie l’élément astatine, et avec Kennedy, Seaborg et Wahl, le plutonium-239 et ses propriétés de fission.
Le professeur Segrè a enseigné dans des nominations temporaires à l’Université Columbia, New York, à l’Université de l’Illinois, à l’Université de Rio de Janeiro et dans plusieurs autres institutions. Il est membre de la National Academy of Sciences (U.S.A), de l’Académie des sciences de Heidelberg (Allemagne), de l’Accademia Nazionale dei Lincei d’Italie et d’autres sociétés savantes. Il a reçu la médaille Hofmann de la Société chimique allemande et la médaille Cannizzaro de l’Accademia dei Lincei italienne. Il est professeur honoraire de l’Université San Marcos au Pérou et titulaire d’un doctorat honorifique de l’Université de Palerme, en Italie. Le professeur Segrè est marié à Elfriede Spiro; ils ont un fils, Claudio, et deux filles, Amelia et Fausta.
Affiliation au moment de l’attribution : Université de Californie, Berkeley, Californie, États-Unis
Motivation du prix : « pour leur découverte de l’antiproton »
Ses travaux : La matière qui nous entoure a une sorte d’image miroir : l’antimatière. Une particule et son antiparticule ont entre autres une charge électrique opposée. Le positon antiparticule de l’électron a été le premier à être découvert. Avec de fortes concentrations d’énergie, une paire de particules et d’antiparticules peut être créée, mais lorsqu’une particule et une antiparticule se rencontrent, les deux sont annihilées et leur masse est convertie en rayonnement. Dans une expérience de 1955 avec un puissant accélérateur de particules, Emilio Segrè et Owen Chamberlain ont confirmé l’existence de l’antiparticule du proton, l’antiproton. 
Emilio Segrè et la découverte de l’antiproton
Le 1er février 1905, le physicien italien et lauréat du prix Nobel Emilio Segrè est né. Segrè est surtout connu pour sa découverte des éléments technétium et astatine, et de l’antiproton, une antiparticule subatomique, pour laquelle il a reçu le prix Nobel de physique en 1959.
« Si certaines propriétés nucléaires des éléments lourds avaient été un peu différentes de ce qu’elles se sont avérées être, il aurait peut-être été impossible de construire une bombe. »
— Emilio Segrè, dans Enrico Fermi : Physicien (1970), 149.
Jeunesse et éducation : Emilio Segrè est né dans une famille juive sépharade à Tivoli, près de Rome, fils de Giuseppe Segrè, un homme d’affaires propriétaire d’une papeterie, et d’Amelia Susanna Treves. Il a fréquenté l’Université de Rome La Sapienza en tant qu’étudiant en ingénierie. Après cinq ans, Segrè est passé à la physique et a obtenu son doctorat en 1928 sous Enrico Fermi.[1] Après un court service militaire en 1928/29, Segrè devient l’assistant d’Orso Mario Corbino et obtient une bourse de la Fondation Rockefeller en 1930, grâce à laquelle il collabore avec Otto Stern à Hambourg et Peter Zeeman à Amsterdam. Le premier domaine de recherche de Segrè était la spectroscopie atomique. Il a apporté d’importantes contributions à la spectroscopie des raies interdites et a étudié l’effet Zeeman. Son travail en physique nucléaire a commencé au milieu des années 1930 avec Enrico Fermi.
La découverte du technétium : Emilio Segré a été nommé professeur adjoint à l’Université de Rome en 1932 et a continué à travailler avec Enrico Fermi. En 1936, Segré est nommé directeur du laboratoire de physique de l’université de Palerme. Après une visite au laboratoire de radiation de l’Université de Californie à Berkeley en 1937[3], il persuada l’inventeur du cyclotron Ernest Lawrence [3] de le laisser reprendre certaines pièces de cyclotron mises au rebut devenues radioactives. Il a reçu une bande de molybdène du déflecteur du cyclotron avec des émissions radioactives inhabituelles.Segrè a fait appel à son collègue Perrier pour tenter de prouver, par la chimie comparative, que l’activité du molybdène provenait bien d’un élément de numéro atomique 43.
L’élément manquant 43 : Après analyse chimique et théorique, Segrè a pu montrer qu’il s’agissait d’un élément chimique non découvert qu’il a nommé Technétium. C’était le premier élément produit artificiellement dont il n’y a pas d’occurrences naturelles. Ils ont choisi le nom de technétium, car il s’agissait du premier élément chimique synthétisé artificiellement nommé d’après le mot grec τεχνητός, qui signifie « artificiel ». Des années 1860 à 1871, les premières formes du tableau périodique proposées par Dmitri Mendeleev contenaient un écart entre le molybdène (élément 42) et le ruthénium (élément 44). En 1871, Mendeleev a prédit que cet élément manquant occuperait la place vide sous le manganèse et aurait des propriétés chimiques similaires. Mendeleïev lui a donné le nom provisoire ekamanganese (de eka-, le mot sanskrit pour un) parce que l’élément prédit était à une place de l’élément manganèse connu. La découverte de l’élément 43 fut finalement confirmée lors d’une expérience en décembre 1936 à l’Université de Palerme en Sicile par Carlo Perrier et Emilio Segrè.La découverte de l’astatine et du pu 239 : Pendant le séjour d’été de Segrè en Californie en 1938, les fascistes de Mussolini ont promulgué des lois antisémites en Italie qui excluaient les Juifs des postes universitaires. En tant que juif, Segrè a été contraint d’émigrer d’Italie et est resté aux États-Unis. Lawrence lui a donné un emploi d’assistant au Berkeley Radiation Laboratory pour 300 dollars américains par mois, mais un poste très bas pour le découvreur d’un nouvel élément. Comme Segrè était légalement lié à la Californie, Lawrence a réduit son salaire à 116 dollars américains. Segrè a trouvé un emploi parallèle en tant que chargé de cours à l’Université de Californie à Berkeley. Avec Corson et Mackenzie, Segrè a également découvert l’élément astatine, et avec Kennedy, Seaborg et Wahl, le plutonium-239 ainsi que ses propriétés de fission.
Projet Manhattan : De 1943 à 1946, Segrè a travaillé sur le projet Manhattan du Laboratoire national de Los Alamos en tant que chef de groupe. En 1944, il devient citoyen des États-Unis. Il est retourné à Berkeley en 1946 en tant que professeur de physique, qu’il est resté jusqu’en 1972. En 1974, il a accepté une chaire de physique nucléaire à Rome.
L’antiproton et le prix Nobel : En 1955, travaillant avec Chamberlain et d’autres, il a commencé à rechercher l’antiproton, une antiparticule subatomique du proton. L’antiparticule de l’électron, le positron avait été prédit par Paul Dirac en 1931 puis découvert par Carl D. Anderson en 1932. Par analogie, on s’attendait maintenant à ce qu’il y ait une antiparticule correspondant au proton, mais personne n’avait trouvé un, et même en 1955, certains scientifiques doutaient de son existence. En utilisant le Bevatron de Lawrence réglé sur 6 GeV, ils ont réussi à détecter des preuves concluantes d’antiprotons. Chamberlain et Segrè ont reçu le prix Nobel de physique 1959 pour leur découverte. Cela a été controversé, car Clyde Wiegand et Thomas Ypsilantis étaient co-auteurs du même article, mais n’ont pas partagé le prix.
La vie plus tard : Au cours des années 1950, Segrè a édité les papiers de Fermi. Il a publié plus tard une biographie de Fermi, Enrico Fermi: Physicist (1970). Il a publié ses propres notes de cours sous le titre From X-rays to Quarks: Modern Physicists and Their Discoveries (1980) et From Falling Bodies to Radio Waves: Classical Physicists and Their Discoveries (1984). Il a également édité l’Annual Review of Nuclear and Particle Science de 1958 à 1977 et a écrit une autobiographie, A Mind Always in Motion (1993), qui a été publiée à titre posthume. En 1972, il atteint l’âge de la retraite obligatoire de l’Université de Californie. Cependant, il a continué à enseigner l’histoire de la physique. En 1974, il est retourné à l’Université de Rome en tant que professeur, mais n’a servi qu’un an avant d’atteindre l’âge obligatoire de la retraite. Emilio Segrè est décédé en 1989 d’une crise cardiaque à l’âge de 84 ans.
Cinquante ans d’antiprotons [Publié 2 novembre 2005]
Cela fait 50 ans qu’Emilio Segrè, Owen Chamberlain et leur groupe ont créé pour la première fois un antiproton. Lynn Yarris décrit leur exploit au Bevatron de Berkeley en 1955.
Le 1er novembre 1955, Physical Review Letters publia l’article « Observation of antiprotons » d’Owen Chamberlain, Emilio Segrè, Clyde Wiegand et Tom Ypsilantis, dans ce qui était alors connu sous le nom de Radiation Laboratory de l’Université de Californie à Berkeley. Cet article, qui annonçait la découverte de l’antiproton (pour lequel Chamberlain et Segrè se partageraient le prix Nobel de physique 1959), n’avait été reçu que huit jours plus tôt. Cependant, l’histoire de la découverte de l’antiproton commence réellement en 1928, lorsque l’excentrique et brillant physicien britannique Paul Dirac formule une théorie décrivant le comportement relativiste des électrons dans les champs électriques et magnétiques.
L’équation de Dirac était unique pour son époque car elle tenait compte à la fois de la théorie de la relativité restreinte d’Albert Einstein et des effets de la physique quantique proposés par Edwin Schrödinger et Werner Heisenberg. Bien que cela fonctionnait bien sur le papier, l’équation plutôt simple de Dirac comportait une implication des plus provocatrices : elle permettait des valeurs négatives aussi bien que positives pour l’énergie E. Au départ, peu de physiciens considéraient sérieusement l’idée de Dirac car personne n’avait jamais observé de particules d’énergie négative. . Du point de vue de la physique et du bon sens, l’énergie d’une particule ne peut être que positive.
Les attitudes envers l’équation de Dirac ont radicalement changé en 1932, lorsque Carl David Anderson a rapporté l’observation d’un électron chargé négativement dans un projet au California Institute of Technology qui a débuté avec son mentor, Robert Millikan. Anderson nomma la nouvelle particule le « positron ». Dirac et Anderson gagneraient tous deux le prix Nobel de physique pour leurs découvertes. Dirac a partagé le prix Nobel de 1933 avec Schrödinger et Anderson a partagé le prix Nobel de 1936 avec Victor Hess. Cependant, l’existence du positron, la contrepartie antimatière de l’électron, a soulevé la question d’une contrepartie antimatière du proton.
Alors que la théorie de Dirac continuait d’expliquer avec succès les phénomènes associés aux électrons et aux positrons, il s’ensuivait – du point de vue révisé de la physique et du bon sens – qu’elle devrait également expliquer avec succès les protons. Cela exigerait alors l’existence d’une contrepartie d’antimatière. La recherche de l’antiproton était en cours, mais elle démarrerait très lentement, car il faudrait encore deux décennies avant qu’une machine capable de produire une telle particule ne devienne disponible.
Entrez dans le Bévatron : Anderson a découvert le positon avec une chambre à brouillard lors d’études sur les rayons cosmiques, mais il était extrêmement difficile, voire impossible, d’utiliser la même approche pour trouver l’antiproton. Si les physiciens devaient trouver l’antiproton, ils devaient d’abord en fabriquer un.
Cependant, même avec l’invention du cyclotron en 1931 par Ernest Lawrence, les accélérateurs terrestres n’étaient pas à la hauteur de la tâche. Les physiciens savaient que la création d’un antiproton nécessiterait la création simultanée d’un proton ou d’un neutron. Étant donné que l’énergie nécessaire pour produire une particule est proportionnelle à sa masse, la création d’une paire proton-antiproton nécessiterait le double de l’énergie de repos du proton, soit environ 2 milliards d’eV. Compte tenu de la technologie de collision à cible fixe de l’époque, la meilleure approche pour rendre 2 milliards d’eV disponibles serait de frapper une cible fixe de neutrons avec un faisceau de protons accélérés à une énergie d’environ 6 milliards d’eV.
En 1954, Lawrence a commandé l’accélérateur Bevatron pour atteindre des énergies de plusieurs milliards d’électron-volts – alors désignés BeV (maintenant universellement connu sous le nom de GeV) – à construire dans son laboratoire de rayonnement à Berkeley. (À la mort de Lawrence en 1958, le laboratoire a été rebaptisé Lawrence Berkeley National Laboratory.) Ce synchrotron à protons à faible focalisation a été conçu pour accélérer des protons jusqu’à 6,5 GeV. Bien qu’il n’ait jamais atteint son objectif officiel, le Bevatron a été construit pour poursuivre l’antiproton. Comme Chamberlain l’a noté dans sa conférence de lauréat du prix Nobel, Lawrence et son proche collègue, Edwin McMillan, qui ont co-découvert le principe de l’accélération synchronisée et inventé le terme « synchrotron », étaient bien conscients des 6 GeV nécessaires pour produire des antiprotons et ont assuré la Bevatron pourrait y arriver.
Armés d’une machine qui avait le muscle énergétique pour fabriquer des antiprotons, Lawrence et McMillan ont formé deux équipes pour s’attaquer à la particule insaisissable. Une équipe était dirigée par Edward Lofgren, qui gérait les opérations du Bevatron. L’autre était dirigé par Segrè et Chamberlain. Segrè avait été le premier étudiant à obtenir son diplôme de physique à l’Université de Rome sous Enrico Fermi. Il avait, à l’aide d’un des cyclotrons de Lawrence, découvert le technétium, le premier élément chimique produit artificiellement. Il était également l’un des scientifiques qui ont déterminé qu’une bombe à base de plutonium était faisable, et ses expériences sur la diffusion des neutrons et des protons et la polarisation des protons ont ouvert de nouvelles voies dans la compréhension des forces nucléaires. Chamberlain avait également étudié sous Fermi, ainsi que sous Segrè.
Fabriquer un antiproton n’était que la moitié de la tâche; un défi non moins redoutable était de concevoir un moyen d’identifier la bête une fois qu’elle avait été engendrée. Pour chaque antiproton créé, 40 000 autres particules seraient créées. Le temps nécessaire pour éliminer l’antiproton du troupeau environnant serait bref : environ 10 -7 s après son apparition, un antiproton entre en contact avec un proton et les deux particules sont annihilées.
Selon Chamberlain, toujours d’après sa conférence Nobel, il était entendu dès le départ qu’au moins deux quantités indépendantes devraient être mesurées pour la même particule pour l’identifier comme un antiproton. Après avoir examiné plusieurs possibilités, il a été décidé qu’elles devraient être la quantité de mouvement et la vitesse.
Mesurer l’élan : Pour mesurer l’impulsion, l’équipe de recherche a utilisé un système de lentilles quadripolaires magnétiques, qui leur a été suggéré par Oreste Piccioni, un expert des aimants quadripolaires et de l’extraction de faisceau, qui était alors au Laboratoire national de Brookhaven. L’idée était de configurer le système de manière à ce que seules les particules d’un certain intervalle d’impulsion puissent passer. Alors que le faisceau de protons du Bevatron frappait une cible sous la forme d’un bloc de cuivre, des fragments de collisions nucléaires émergeaient dans toutes les directions. Alors que la plupart de ces fragments étaient perdus, certains passeraient par le système. Pour des valeurs d’impulsion spécifiquement définies, les particules négatives parmi les fragments capturés seraient déviées par les lentilles magnétiques dans et à travers les ouvertures du collimateur.
Pour mesurer la vitesse, qui a été utilisée pour séparer les antiprotons des pions négatifs, les chercheurs ont déployé une combinaison de compteurs à scintillation et une paire de détecteurs Cherenkov. Les compteurs à scintillation servaient à chronométrer le vol de particules entre deux feuilles de scintillateur distantes de 12 m. Sous l’impulsion spécifique définie par Segrè, Chamberlain et leurs collaborateurs, les pions relativistes ont parcouru cette distance 11 ns plus rapidement que les 51 ns nécessaires aux antiprotons plus lourds. Les signaux des deux scintillateurs ont été configurés pour coïncider uniquement s’ils provenaient d’un antiproton. Cependant, comme il est possible que deux pions aient exactement le bon espacement pour imiter le signal d’un antiproton, les chercheurs ont également utilisé les détecteurs Cherenkov.
Un détecteur Cherenkov était quelque peu conventionnel en ce sens qu’il utilisait un milieu fluorocarboné liquide. Il a été surnommé le « compteur de garde » car il pouvait mesurer la vitesse des particules se déplaçant plus rapidement qu’un antiproton. Le deuxième détecteur, qui a été conçu par Chamberlain et Wiegand, utilisait un milieu de quartz, et seules les particules se déplaçant à la vitesse prévue pour les antiprotons le déclenchaient.
Parallèlement aux expériences sur l’impulsion et la vitesse, le physicien de Berkeley Gerson Goldhaber et Edoardo Amaldi de Rome ont mené une expérience connexe utilisant des empilements d’émulsion photographique. Si une particule suspecte était vraiment un antiproton, les chercheurs de Berkeley s’attendaient à voir l’image d’étoile caractéristique d’un événement d’annihilation. Ici, l’antiproton et un proton ou un neutron d’un noyau ordinaire, vraisemblablement celui d’un atome d’argent ou de brome dans l’émulsion photographique, mourraient simultanément.
Succès ! : Les expériences antiprotons de Segrè et Chamberlain et de leurs collaborateurs commencèrent la première semaine d’août 1955. Leur premier passage sur le Bevatron dura cinq jours consécutifs. Lofgren et ses collaborateurs ont mené leurs expériences pendant les deux semaines suivantes. Le groupe Segrè et Chamberlain est revenu le 29 août et a mené des expériences jusqu’à ce que le Bevatron tombe en panne le 5 septembre. Le 21 septembre, une semaine après que les équipes d’exploitation aient relancé le Bevatron, le groupe de Lofgren devait commencer une course de quatre jours, mais à la place, il a cédé son temps à Segrè et Chamberlain. Ce jour-là, les futurs lauréats du prix Nobel et leur équipe ont trouvé leur première preuve de l’antiproton basée sur la quantité de mouvement et la vitesse. Une analyse ultérieure des images de la pile d’émulsions a révélé la signature de l’étoile d’annihilation qui a confirmé la découverte. En tout, Segrè,
L’annonce publique de la découverte de l’antiproton a reçu un accueil mitigé. Le New York Times a proclamé avec enthousiasme « New Atom Particle Found; Appelé un proton négatif », tandis que le journal de la ville natale de la particule, la Gazette de Berkeley , annonçait sombrement « une sinistre nouvelle trouvaille à l’UC ». On avait dit au journaliste de Berkeley que si un antiproton entrait en contact avec une personne, cette personne exploserait. Aujourd’hui, 50 ans plus tard, les antiprotons sont devenus un incontournable des expériences de physique des hautes énergies, avec des billions produits au CERN et au Fermilab, et aucun décès humain connu.
Emilio G. Segrè (1905-1989)
Emilio Gino Segrè était un physicien italo-américain qui partagea (avec Owen Chamberlain) le prix Nobel de physique de 1959 pour la découverte de l’antiproton, une antiparticule ayant la même masse qu’un proton mais une charge électrique opposée. Il a également créé des atomes du nouvel élément artificiel technétium (1937) et astatine (1940). Le technétium occupait un espace jusqu’alors vide dans le corps du tableau périodique et fut le premier élément artificiel introuvable dans la nature. L’astatine n’existe naturellement qu’en quantités extrêmement faibles car, en tant que produit de désintégration d’atomes plus gros et ayant une demi-vie de quelques jours seulement, elle disparaît rapidement par désintégration radioactive pour devenir des atomes d’un autre élément.
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1959/segre/biographical/
https://todayinsci.com/4/4_22.htm#death