FOWLER WILLIAM (1911-1995)

L’astrophysicien américain William Fowler a consacré sa vie, au sein du laboratoire Kellogg de physique nucléaire de l'Institut de technologie de Californie (Caltech) à Pasadena, à comprendre comment les différents éléments chimiques ont pu se former dans l'Univers. Il est considéré comme un des fondateurs de l'astrophysique nucléaire.

Né le 9 août 1911 à Pittsburgh en Pennsylvanie, il rejoint à vingt-deux ans le laboratoire de physique nucléaire du Caltech pour y préparer sa thèse sous la direction de Charles Lauritsen (1892-1968) avec qui il continuera de collaborer par la suite. À l'exception de quelques années sabbatiques, c'est là qu’il mènera une carrière d'enseignant et formera plusieurs générations d'étudiants à qui il transmettra son enthousiasme.

Il se trouve associé à un vaste programme où collaborent astronomes et physiciens, expérimentateurs et théoriciens ; lorsqu'il recevra le prix Nobel de physique en 1983 (prix partagé avec le théoricien Subrahmanyan Chandrasekhar), il fera d'ailleurs remarquer que cette distinction récompense en fait un travail collectif du laboratoire Kellogg consacré à l'étude expérimentale et théorique des réactions nucléaires appliquée à l'astrophysique. Cette recherche sous-entend que l'énergie solaire, nécessaire à la vie terrestre, est issue des réactions de fusion nucléaire qui ont lieu à l'intérieur du Soleil. Guidé par la théorie de la relativité, l'astronome anglais Arthur Stanley Eddington (1882-1944) avait supposé, dès 1920, que cette énergie pouvait provenir d'une annihilation de matière stellaire ; cette hypothèse a été infirmée quelques années plus tard lorsqu'il est apparu que les noyaux atomiques au cœur des étoiles sont soumis à des conditions tellement extrêmes qu'ils sont susceptibles de s'interpénétrer, produisant des réactions thermonucléaires très puissantes. C'est à Hans Bethe (1906-2005) que l'on doit la première description détaillée de ces réactions, en 1939. Ce dernier recevra d’ailleurs pour ses travaux le prix Nobel de physique en 1967. William Fowler reconnaît que les résultats de Bethe ont profondément influencé ses recherches. Au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, le laboratoire de physique nucléaire du Caltech se spécialise dans l'étude de ces mêmes réactions. Une nouvelle discipline naît : l'astrophysique nucléaire.

Si les deux éléments les plus légers, l'hydrogène et l'hélium, ont directement émergé de l'explosion primordiale, les éléments plus lourds que l'on trouve sur la Terre, du carbone à l'uranium, sont synthétisés au cœur des étoiles (qui naissent et vieillissent) avant d'être dispersés dans la Voie lactée, et cela bien avant que notre système solaire ne se forme. Le but de l'astrophysique nucléaire est donc d'abord de comprendre les réactions de synthèse nucléaire advenant dans des conditions particulières qui sont celles qui règnent dans les régions centrales des étoiles. Il faut donc suivre l'évolution énergétique des profondeurs stellaires, due en particulier aux réactions de transmutation qui détruisent les éléments lourds.

Un exemple parmi tant d'autres des travaux de Fowler est l'étude de la fusion de trois noyaux d'hélium (les particules α de la radioactivité) en un noyau de carbone dans les étoiles géantes rouges. D'autres analyses très fines de multiples réactions nucléaires établissent que plus une étoile vieillit plus elle est à même de synthétiser des éléments lourds.

Dans une publication intitulée Synthèse des éléments dans les étoiles (1957), Fowler dresse un panorama complet des réactions de nucléosynthèse résumant l'ensemble de ces travaux. L'ambitieux programme, mis en œuvre vingt ans plus tôt, peut[...]