Étude systématique des rayonnements
À la fin de l’année 1895, Wilhelm Röntgen découvre les rayons X. Becquerel apprit que les rayons X sortaient de la zone d’un tube à vide en verre rendu fluorescent lorsqu’il était frappé par un faisceau de rayons cathodiques. Il entreprit de rechercher s’il existait un lien fondamental entre ce rayonnement invisible et la lumière visible, de sorte que tous les matériaux luminescents, quelle que soit leur stimulation, produiraient également des rayons X. Pour vérifier cette hypothèse, il plaça des cristaux phosphorescents sur une plaque photographique enveloppée de papier opaque, de sorte que seul un rayonnement pénétrant pouvait atteindre l’émulsion. Il exposa son dispositif expérimental à la lumière du soleil pendant plusieurs heures, excitant ainsi les cristaux de la manière habituelle. Après développement, la plaque photographique révèle les silhouettes des échantillons de minéraux et, lors d’expériences ultérieures, l’image d’une pièce de monnaie ou d’une découpe métallique interposée entre le cristal et l’emballage en papier. Becquerel rapporta cette découverte à l’Académie des Sciences lors de sa séance du 24 février 1896, en notant que certains sels d’uranium étaient particulièrement actifs.
Il confirmait ainsi son opinion selon laquelle quelque chose de très semblable aux rayons X était émis par cette substance luminescente en même temps qu’elle jetait des radiations visibles. Mais la semaine suivante, Becquerel apprend que ses sels d’uranium continuent à émettre des rayonnements pénétrants même lorsqu’ils ne sont pas phosphorescents sous l’effet des ultraviolets de la lumière solaire. Pour rendre compte de cette nouveauté, il postula une forme de phosphorescence invisible à longue durée de vie ; lorsqu’il fit bientôt remonter l’activité à l’uranium métallique, il l’interpréta comme un cas unique de phosphorescence métallique.
Durant l’année 1896, Becquerel publia sept articles sur la radioactivité, comme Marie Curie nomma plus tard le phénomène ; en 1897, seulement deux articles ; et en 1898, aucun. C’est un indice de son intérêt et de celui du monde scientifique pour le sujet, car à cette époque, de nombreuses radiations ont été étudiées (par exemple, les rayons cathodiques, les rayons X, les rayons de Becquerel, les « rayons de décharge », les rayons du canal, les ondes radio, le spectre visible, les rayons des vers luisants, des lucioles et d’autres matériaux luminescents), et les rayons de Becquerel ne semblaient pas particulièrement importants. Les rayons X, beaucoup plus populaires, permettaient de prendre des photographies d’ombres plus nettes et plus rapidement. Il fallut l’extension en 1898 de la radioactivité à un autre élément connu, le thorium (par Gerhard Carl Schmidt et indépendamment par Marie Curie), et la découverte de nouvelles matières radioactives, le polonium et le radium (par Pierre et Marie Curie et leur collègue, Gustave Bémont), pour éveiller le monde et Becquerel à la signification de sa découverte.