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8. Wolfgang Pauli

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1900 - 1958

 

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Sa vie

1900 Wolfgang Pauli est né à Vienne. Son père est professeur à l’Université. Sa mère travaille comme journaliste auprès de la Neuen Freien Presse.

1906 - 1918 Fréquente le Gymnase Döblinger de Vienne.

1918 Peu après sa maturité, il subit une première épreuve scientifique publique sur la matière de la relativité générale.1918 - 1921 Etudes à l’université Ludwig-Maximilien de Munich. Son maître est le célèbre Professeur Arnold Sommerfeld.1921 A vingt et un ans seulement (!) il achève ses études avec une thèse sur les ions des molécules d’eau (H2+).Devient l’assistant du Professeur Max Born, de l’Institut de physique de l’Université de Göttingen.1922 Le semestre d’été suivant, il rejoint Wilhelm Lenz à l’Institut de Physique de Hambourg.Puis il travaille une année auprès du célèbre physicien atomiste Danois Niels Bohr, à Copenhague.

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1923 Pauli retourne au semestre d’hiver à l’Institut de Hambourg.

1924 Admission au titre de Professeur suppléant à Hambourg avec son travail sur la généralisation des lois statistiques résultant de la théorie d’Einstein sur les quanta du rayonnement.Puis en novembre, élaboration d’une communication sur la théorie des quanta, et découverte du principe d’exclusion ("principe de Pauli").

Nommé Professeur titulaire.

1928 Sur intervention du Professeur Paul Scherrer, il est nommé en été professeur de physique théorique à l’Ecole Polytechnique Fédérale de Zurich.1929 Publication des premiers travaux en commun avec Werner Heisenberg sur les fondements de la théorie des quanta.

1930 Premières divulgations officieuses de l’hypothèse des neutrinos.1931 Reçoit en octobre la médaille de Lorentz à Leiden.

1933 Présentation officielle de la théorie des neutrinos au cours du 7ème congrès organisé par Solvay.

1934 Mariage avec Franca Bertram, à Londres.

1935 Deuxième voyage en Amérique au cours du semestre d’hiver, conférences et séminaires à Princeton. 1940 Durant les années de guerre, Pauli et sa femme quittent la Suisse pour qu'il effectue une mission de professeur invité à Princeton (Institute for Advanced Studies). Au moment où la plupart des physiciens américains soutiennent l’effort de guerre en physique, Pauli peut se rapprocher de façon unique d’Albert Einstein, ce qui renforce ses travaux en recherche fondamentale.

1941 Semestre d’été: Professeur invité à l’Université du Michigan.1945 Prix Nobel pour sa découverte du principe d’exclusion.

1946 Pauli devient citoyen américain. Retour à Zurich au semestre d’été pour la reprise de ses cours à l’EPFZ.

1956 Vérification expérimentale de sa théorie des (anti-)neutrinos.

1958 Doctorat honoris causa de l’Université de Hambourg. Décès le 15 décembre après une courte maladie, à Zurich (Hôpital de la Croix-Rouge).

 

PRESTATIONS SCIENTIFIQUES

C’est au cours de l’automne 1922 que Pauli commence à s’occuper du comportement des atomes dans de forts courants magnétiques, car les résultats des expériences pratiques de l’époque ne pouvaient être expliqués par les théories en vigueur. Ces observations étaient qualifiées "d’anomalie dues à l’effet Zeeman". La difficulté se laisse mieux comprendre à la lecture d’une lettre de Pauli à Sommerfeld:

"M’étant longuement voué à l’étude des anomalies de l’effet Zeeman, je me suis égaré dans plusieurs voies sans issues après avoir examiné une innombrable quantité d’idées abandonnées par la suite, alors que rien ne cadrait ou jouait! Ceci s’est poursuivi jusqu’à cette dernière proposition! Dont j’ai d’ailleurs douté pendant une bonne période ... mais l’ayant rédigée les larmes aux yeux, je dois avouer qu’elle me procure un peu de joie."

Fin 1924 le succès est atteint: Pauli découvre la loi dénommée principe d’exclusion.

"Sur la base des données fondamentales dont je disposais concernant le rayonnement spectral dans un fort champ magnétique, le principe général de la formulation du principe d’exclusion m’apparut clairement. La réflexion nouvelle peut être exposée de la façon suivante: à l’intérieur d’un atome, dans un même état stationnaire caractérisé par les valeurs des quatre nombres quantiques n, l , m et s, il ne peut exister au plus qu’un électron."

Cela veut dire par exemple que si deux électrons se trouvent simultanément dans des états caractérisés par les mêmes nombres n, m, et l, ils diffèrent certainement par leur nombre de spin s, qui vaut donc +1/2 pour l’un et —1/2 pour l’autre; on dit de ces électrons qu’ils sont appariés. Les conséquences du principe d’exclusion de Pauli sont fondamentaux, avant tout pour la configuration du "cortège" électronique de l’atome. De cette configuration des électrons de l’atome découle non seulement l’explicitation de la table périodique des éléments, mais aussi celle de la stabilité intrinsèque de la matière.

 

POURQUOI PAULI A-T-IL CHOISI LA PHYSIQUE ?

L’une des réponses à cette question peut être trouvée dans l’autobiographie de Heisenberg, qui était un ami d’études de Pauli. Selon lui, la motivation des chercheurs de cette époque en physique proviendrait des bouleversements que subissait au début du siècle cette science: restreinte puis généralisée, la théorie du quantum d’action de Max Planck, la théorie de la relativité d’Einstein, sans parler du principe d’incertitude de cet auteur ... Il en résultait que l’ensemble des connaissances de la physique classique, spécialement dans le domaine de la physique nucléaire, ne pouvait plus être considérés comme valide.

Il fallait donc se mettre à l’ouvrage pour définir une nouvelle théorie du microcosme. C'est ce genre de perspective gigantesque qui, toujours selon Heisenberg, a conduit les individus les plus doués de sa génération à embrasser une carrière en physique théorique. Wolfgang Pauli faisait partie de ces génies. Cette hypothèse de Werner Heisenberg est attestée par une déclaration en 1920 de Pauli:

"La soi-disant théorie de la relativité est totalement figée et on doit donc simplement l’apprendre puis l’appliquer comme chaque discipline éprouvée de la physique. En plus, elle ne présente aucun intérêt particulier pour celui qui veut tout découvrir. En revanche, la physique nucléaire présente encore un champ inexploré d’événements expérimentaux à expliciter."

 

QUEL RÔLE A JOUE SA FAMILLE DANS SON CHOIX ?

Wolfgang Pauli est issu d’un milieu intellectuel viennois; son père était médecin et suivait une carrière académique à l’Université de Vienne. La mère de Pauli, Bertha, travaillait comme journaliste à la Neuen Freien Presse. Son parrain, l’un des proches amis de son père, était le célèbre philosophe positiviste Ernst Macht, physicien de surcroît. Macht et son père exercèrent une profonde influence sur le jeune Pauli, qui fut nourri de lectures scientifiques pendant ses études gymnasiales.

QUELLE FUT L’IMPULSION DE L’UNIVERSITE SUR SA CARRIÈRE ?

Son choix de la physique théorique amena Pauli à faire la connaissance du maître réputé Arnold Sommerfeld, qui, avec le Danois Niels Bohr, faisait autorité en matière de théories quantiques sur l’atome. Les cours de Sommerfeld n'appartenaient pas partie de la catégorie imposée dans le cursus de ses études, mais Pauli éprouvait le besoin de suivre régulièrement son enseignement. Cet apport fut décisif pour sa formation scientifique. De plus, ce maître reconnut immédiatement l’engagement motivé de Pauli et l’encouragea. C’est sur son instigation que Pauli rédigea un article, dont on parla beaucoup par la suite, alors qu’il n’avait que 21 ans. Aurait-il été soutenu de la même façon de nos jours ?

Textes source: 08.Pauli.1000.FR.pdf

 

 
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