Edwin McMillan : L'homme qui a nommé la planète d'après l'élément

En mai 1940, travaillant sur un cyclotron de Berkeley construit principalement pour briser des atomes plutôt que pour en créer, Edwin McMillan et le chimiste Philip Abelson ont isolé une substance jamais vue auparavant : le premier élément créé au-delà de l'uranium dans le tableau périodique. Ils l'ont nommé neptunium, car Neptune est la planète située après Uranus — une petite plaisanterie aux conséquences énormes, puisqu'elle a ouvert l'ère transuranienne qui allait bientôt produire le plutonium, le matériau au cœur de la bombe atomique.

La formation d'un physicien californien

McMillan est né le 18 septembre 1907 à Redondo Beach, en Californie, fils d'un médecin, et a grandi en absorbant la science presque par proximité. Il a obtenu sa licence et son master à Caltech en 1928 et 1929, puis s'est rendu dans l'Est pour son doctorat à Princeton, terminé en 1932 sous la direction d'Edward Condon avec une thèse sur la déflexion d'un faisceau moléculaire dans un champ électrique non uniforme — une œuvre de physique précise et riche en instruments qui préfigurait le tempérament expérimental qu'il apporterait à Berkeley. Il a rejoint le Radiation Laboratory de l'Université de Californie à Berkeley en 1932 et y est resté, sous une forme ou une autre, pour le reste de sa carrière, passant de moniteur en 1935 à professeur titulaire en 1946, puis finalement à directeur de l'ensemble du laboratoire de 1958 à 1973.

Le neptunium et la frontière des transuraniens

La découverte du neptunium a répondu à une énigme laissée par les expériences antérieures de bombardement d'uranium d'Enrico Fermi, qui avaient produit des sous-produits radioactifs mystérieux que personne ne pouvait identifier. McMillan et Abelson ont publié leur résultat, intitulé simplement « Radioactive Element 93 », dans Physical Review le 27 mai 1940. Ce n'était pas une curiosité isolée : la découverte a donné à Glenn Seaborg, travaillant dans le même laboratoire, la piste directe qui a produit le plutonium plus tard la même année. Pour cette ouverture conjointe des éléments transuraniens, McMillan et Seaborg ont partagé le prix Nobel de chimie 1951 « pour leurs découvertes dans la chimie des éléments transuraniens ». Les autres travaux de laboratoire de McMillan comprenaient l'identification des isotopes oxygène-15 et béryllium-10, ce dernier étant remarquable pour une demi-vie d'environ 1,39 million d'années.

Les années de guerre et la bombe

La carrière de McMillan a croisé directement le projet Manhattan. Il a aidé à établir les spécifications techniques du nouveau laboratoire de Los Alamos, a recruté du personnel scientifique dont Richard Feynman et Robert Wilson, et a servi comme chef adjoint de l'effort visant à développer une arme nucléaire de type canon avant de passer au travail de conception par implosion. Il était présent lors de l'essai Trinity le 16 juillet 1945, observant la première détonation d'un appareil construit sur une physique qu'il avait aidé à rendre possible. C'était une position étrange pour un homme dont la découverte emblématique, seulement cinq ans plus tôt, avait été présentée publiquement comme une question de pure curiosité scientifique sur le tableau périodique.

L'invention du synchrotron

La deuxième contribution majeure de McMillan est survenue la même année que Trinity. En 1945, il a élaboré le principe de « stabilité de phase », une méthode permettant de synchroniser les champs électriques accélérateurs dans un accélérateur de particules afin que les particules arrivant légèrement en avance ou en retard soient automatiquement remises en synchronie. Cette intuition a permis de construire des synchrotrons et des synchro-cyclotrons capables d'atteindre des énergies bien plus élevées que les cyclotrons précédents, dont les particules se décalaient par rapport au champ accélérateur à mesure qu'elles approchaient de la vitesse de la lumière. Le physicien soviétique Vladimir Veksler avait publié une idée très proche en 1944, et les deux hommes — qui ont développé le concept indépendamment, de part et d'autre d'une frontière fermée pendant la guerre — ont partagé le prix Atoms for Peace 1963 en reconnaissance de cela.

Carrière ultérieure et distinctions

McMillan a dirigé le Radiation Laboratory de Berkeley (plus tard Lawrence Berkeley Laboratory) pendant quinze ans, a présidé la National Academy of Sciences de 1968 à 1971, et a même travaillé au CERN après sa retraite officielle, contribuant aux expériences sur le moment magnétique du muon en 1974 et 1975. Il a détenu neuf brevets américains, y compris pour le synchro-cyclotron lui-même, et a reçu la National Medal of Science en 1990, un an avant sa mort. Il a épousé Elsie Walford Blumer en 1941 ; leurs trois enfants lui ont survécu. Il a été victime d'un accident vasculaire cérébral en 1984 et est décédé le 7 septembre 1991 à El Cerrito, en Californie, des suites du diabète. Sa médaille Nobel est conservée au National Museum of American History du Smithsonian.

Pourquoi Edwin est qualifié de génie

La prétention de McMillan au génie est davantage celle d'un artisan que d'un visionnaire : il ne poursuivait pas une grande unification ou une nouvelle théorie de la matière, il résolvait des problèmes instrumentaux concrets — comment maintenir les particules en phase à mesure qu'elles approchent de la vitesse de la lumière, comment identifier un signal radioactif faible enfoui dans les débris d'un cyclotron — et chaque solution finissait par réorganiser un domaine. La citation du comité Nobel portait sur une découverte spécifique, et non sur un corpus de théorie, et les historiens de la physique lui ont généralement attribué un jugement expérimental méticuleux et rigoureux plutôt qu'une originalité conceptuelle radicale. Le contre-argument honnête à toute étiquette de « génie » est que ses deux réalisations emblématiques avaient des rivaux proches et simultanés : Abelson a partagé tout le crédit pour le neptunium, et Veksler est arrivé à la stabilité de phase indépendamment à peu près au même moment, ce qui suggère que les idées étaient, dans un certain sens, prêtes à être trouvées par tout expérimentateur suffisamment prudent travaillant sur le même problème. Ce qui est indéniable, c'est la densité de résultats conséquents et vérifiables que McMillan a produits pendant quatre décennies au même banc de laboratoire, et la discipline nécessaire pour transformer deux énigmes physiques entièrement différentes — la chimie nucléaire et l'accélération des particules — en machines fonctionnelles au cours de la même période de cinq ans.

Héritage

Chaque synchrotron moderne, des accélérateurs de traitement du cancer en milieu hospitalier aux anneaux de rappel du Grand collisionneur de hadrons, découle de l'intuition de stabilité de phase de McMillan, et la découverte du neptunium reste le chapitre d'ouverture de la chimie transuranienne qui définit la science nucléaire aujourd'hui. Son neveu, le physicien John Clauser, gagnera plus tard son propre prix Nobel de physique en 2022, prolongeant un fil familial de rigueur expérimentale à travers les générations.