Alors que toutes les autres particules sont ou bien électriquement neutres, ou bien porteuses d'une charge positive ou négative, qui est un multiple entier de la charge élémentaire (celle de l'électron ou du positon), la théorie prévoit que les quarks devraient, seuls dans leur cas, porter une charge fractionnaire égale au tiers ou aux deux tiers de celle de l'électron.

Reprenant le principe de la célèbre expérience qui avait permis à Millikan, en 1909, de mesurer la charge de l'électron, les chercheurs californiens placent des billes de niobium, à une température très basse, dans le champ d'un condensateur électrique. Dans ces conditions, les billes font des oscillations dont l'amplitude dépend de leur charge. Si on envoie des électrons sur les billes, on fait varier la charge et, éventuellement, on l'annule. Or, dans les conditions de l'expérience, pour certaines billes, la charge ne devient jamais nulle, et la charge la plus faible mesurée est justement le tiers de celle d'un électron. Les expérimentateurs en concluent que ces billes contiennent un ou plusieurs quarks libres. Bien que l'expérience ait été conduite de façon impeccable et que William Fairbank jouisse d'un grand prestige dans la communauté scientifique, un doute subsiste, car, si son interprétation des résultats est correcte, on arrive à la conclusion (inattendue) que les quarks à l'état libre sont abondants dans la matière.

CERN

Le synchrotron à protons de 28 GeV de l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire a servi pour la première fois, en décembre 1976, à accélérer non des protons, mais des deutons, c'est-à-dire des noyaux d'hydrogène lourd ou deutérium (un proton + un neutron). Injectés dans les anneaux de stockage à intersections, avec une accélération allant jusqu'à 31,4 GeV, ces faisceaux ont permis d'expérimenter des collisions deutons-deutons et deutons-protons.

Entré en service le 7 janvier 1977 (mais des faisceaux de protons avaient déjà été accélérés avant cette date) et inauguré solennellement en mai, le synchrotron de 400 GeV, ou SPS, donne de bons résultats, ainsi que la chambre à bulles BEBC, entrée en service en novembre 1976 avec un mélange de néon et d'hydrogène liquides.

Un métal précieux : le californium

À l'exception du plutonium, les transuraniens, éléments artificiels plus lourds que l'uranium, ne connaissaient guère jusqu'ici d'application pratique. En 1976, on a vu se développer un nouveau marché, celui du californium, qui occupe la case 98 de la classification de Mendeleïev prolongée.

Plus précisément, il s'agit de l'isotope 252 (98 protons, 154 neutrons) qui présente la particularité de se désintégrer selon deux modes différents. D'une part, il est radioactif par émission de particules alpha, avec une demi-vie de 2,7 ans. D'autre part, les noyaux qui n'ont pas subi ce mode de désintégration se détruisent par fission spontanée, en émettant des neutrons, avec une demi-vie de 85 ans.

Il existe, aujourd'hui, de très nombreuses utilisations d'un flux régulier de neutrons, dans l'industrie, la recherche et la médecine. Grâce à sa fission spontanée, le Californium 252 permet de réaliser des sources neutroniques mobiles, intenses et rayonnantes en continu.

Applications

Pour contrôler l'homogénéité en isotope d'uranium fissile des barres de combustible des réacteurs nucléaires, les ingénieurs du CEA les font défiler devant deux sources de californium. Sous l'impact des neutrons, quelques noyaux d'U 235 fissionnent en émettant des rayons gamma ; toute teneur anormale en isotope fissile est dénoncée par une irrégularité dans cette émission. Le procédé est beaucoup plus rapide que le contrôle passif de la radioactivité propre du barreau.

Pour calibrer les barres de contrôle d'un réacteur nucléaire, chargées d'absorber assez de neutrons pour empêcher l'emballement du réacteur, le californium est le meilleur étalon. Il a ainsi servi, en mars 1977, pour le démarrage de la centrale de Fessenheim. Il peut aussi mesurer la radioactivité des déchets, détecter une éventuelle pollution nucléaire, analyser par activation des échantillons quelconques, détecter, au cours d'un sondage, la teneur d'une roche en eau ou en hydrocarbures.