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P. ZEEMAN — L'OPTIQUE ET LA THÉORIE DES IONS 



L'OPTIQUE ET LA THÉORIE DES IONS 



On sait que, soumis à l'action d'un champ ma- 

 gnétique, les corps ordinairement isotropes de- 

 viennent biréfringents. Celte propriété disparaît 

 dès que l'influence magnétique cesse. Kerr, qui a 

 découvert ce phénomène, a établi aussi que le plan 

 de polarisation d'un rayon de lumière simple se 

 trouve dévié lorsque ce rayon tombe sur le pôle 

 d'un électro-aimant. 



L'analyse expérimentale de ces faits m'a conduit 

 à me demander si le champ magnétique est suscep- 

 tible de modifier la nature même, c'est-à-dire la 

 période vibratoire, le rang spectral d'une lumière 

 simple émise par une flamme. Or, l'expérience 

 répond affirmativement à cette question. 



Plaçons la flamme d'un chalumeau oxyhydrique 

 entre les pôles d'une bobine de RhumkorfF, et 

 introduisons dans cette flamme un filament 

 d'amiante imbibé de chlorure de sodium. Produi- 

 sons au moyen d'un réseau de Rowland le spectre 

 de la flamme, et observons-le d'abord en l'absence 

 de tout champ magnétique, puis pendant que la 

 bobine fonctionnera. Nous remarquerons alors 

 d'une façon très nette le fait suivant : dès que le 

 courant passe dans l'appareil d'induction, les deux 

 lignes D du sodium s'élargissent. 



Ce phénomène résulte-t-il d'une altération de 

 densité et de température de la vapeur du sodium 

 dans le champ magnétique? Je crois avoir éliminé 

 celte interprétation par l'expérience que voici : 



A l'intérieur d'un très gros tube de porcelaine, 

 j'ai fortement chauffé des fragments de sodium, i 

 afin de répandre la vapeur de ce corps dans le tube. 

 Ce tube était fermé, à chacune de ses extrémités, 

 par un hublot de verre à faces planes parallèles, 

 offrant la superficie d'un centimètre carré. Je le pla- 

 çais en position horizontale, entre les pôles d'un 

 électro-aimant, et perpendiculairement aux lignes 

 de force, et je dirigeais suivant l'axe du tube la 

 lumière d'une lampe électrique à arc. Le spectre 

 d'absorption montrait alors les deux lignes D. A 

 l'aide d'un mécanisme d'horlogerie, j'imposais au 

 tube de tourner continuellement autour de son axe 

 afin d'éviter les variations de température. Or, 

 aussitôt que l'électro-aimant entrait en fonction, 

 les lignes D subissaient un évident élargissement. 

 Qu'en conclure, sinon que la période vibratoire de 

 la lumière du sodium est affectée par le champ 

 magnétique ? 



Dès 1862, Faraday avait fait dans cet ordre 

 d'idées la première recherche dont l'histoire de la 

 science fasse mention. Il est remarquable qu'il ne 

 soit arrivé qu'à un résultat négatif. Mais les res- 

 sources dont il disposait étaient bien insuffisantes. 



Ce qui me conduisit à suspecter la conclusion de 

 Faraday, ce fut, à la suite d'expériences sur la 

 magnétisation des raies spectrales, la considération 

 des forces accélératrices ou retardatrices en jeu 

 entre les atomes et les tourbillons moléculaires de 

 Clerk Maxwell; l'examen de ces systèmes m'amena 

 à ne point rejeter, comme impossible a ;jm)-(, une 

 modification delà période vibratoire. Je fus ensuite 

 frappé par l'exemple, imaginé par lord Kelvin, des 

 anomalies apparentes qu'offre la combinaison d'un 

 système rotatoire très rapide et d'un pendule 

 double. Toutefois, c'est dans la théorie des phéno- 

 mènes électriques proposée par le Professeur 

 Lorentz, qu'il me semble logique de chercher 

 l'explication du phénomène observé. 



Celte théorie voit, dans tous les corps, de petits 

 éléments moléculaires chargés d'électricité — les 

 ions — et rattache tous les processus électriques à 

 l'équilibre ou au mouvement de ces ions. Il est 

 naturel de penser que, dans le champ magnétique, 

 les forces qui agissent directement sur les ions 

 suffisent à produire l'élargissement des raies. 



M. Lorentz, à qui j'ai soumis celle interprétation, 

 a eu l'amabilité de m'expliquer comment on pou- 

 vait calculer le mouvement des ions. Il a, en outre, 

 appelé mon attention sur ce point : si l'application 

 de sa théorie est valable en l'espèce, deux consé- 

 quences s'imposent : 



1° La lumière qu'émettent les arêtes des raies 

 agrandies doit être circulairenient polarisée dans 

 la direction des lignes du champ magnétique; 



2° La grandeur de l'élargissement des raies 



doit permettre de déterminer le rapport — qui 



m 



existe entre la charge électrique e de l'ion et sa 

 masse ?)i. 



Les expériences que ces prévisions m'ont amené 

 à instituer, les confirment pleinement. Au moyen 

 d'une lame quart-d'onde et d'un analyseur, j'ai 

 constaté que les arêtes des raies magnétiquement 

 élargies émettent de la lumière polarisée circulai- 

 renient dans le sens des lignes de force, et rectili- 

 gnement dans la direction perpendiculaire. Ces 

 faits paraissent manifester nettement l'existence 

 réelle des ions. De plus, la mesure effective du 



rapport — donne 10" comme ordre de grandeur 

 m 



de ce rapport, quand e est exprime en unités 



électro-magnétiques'. P. Zeeman, 



Professeur adjoint do Physique 

 à l'Université d'Amsterdam. 



' Je remercie ici M. Onnes. directeur de l'Institut de 

 Pliysique de Leyde, pour l'intérêt qu'il a pris à mon travail. 



