L’afflux que nous venons de voir gagner la cathode est, en effet, parfaitement distinct, à tous égards, du rayonnement cathodique qui la fuit et qui seul nous intéresse. Celui-ci est constitué par un faisceau perpendiculaire à la surface de la cathode. C’est, dans le cas présent, un faisceau cylindrique, ayant pour base le disque circulaire qu’elle représente : il parcourt l’ampoule avec une rectitude parfaite, sans paraître gêné par les affluens cathodiques à direction opposée, dont il vient d’être question : il les croise et les traverse imperturbablement.
Ce faisceau nouveau, normalement implanté sur la cathode, n’est pas lumineux : il n’est pas directement visible, il forme une tache obscure dans l’ampoule de Crookes. Il échapperait donc entièrement à l’observation, s’il ne provoquait à l’opposé de la cathode, dans les points où il rencontre la paroi de l’ampoule, une fluorescence particulière. La substance du verre s’illumine en ces points, et présente une tache lumineuse, brillante, de couleur verte. Crookes eut l’idée de disposer dans l’intérieur de l’ampoule, sur le trajet de ce faisceau, entre la cathode et la paroi, divers corps opaques, par exemple une croix d’aluminium. Il vit alors se dessiner sur le fond clair fluorescent l’exacte silhouette de la croix. On obtient ainsi, dans tous les cas, des ombres géométriques parfaites des objets interposés.
La conclusion obligatoire de cette expérience est que l’émission cathodique est rectiligne. La cathode, l’écran, la silhouette sont en ligne droite. Les choses se passent, en définitive, comme si de chaque point de la cathode partait un rayon unique provoquant la luminosité au point unique où il rencontre la paroi. Il est donc permis, sans rien préjuger de la nature du phénomène, de parler des rayons cathodiques.
L’examen attentif des ombres portées par des écrans divers, des silhouettes différentes dessinées par ces rayons, apporte un nouvel enseignement : il montre qu’ils sont implantés perpendiculairement à la surface de l’électrode : ils lui sont normaux en chaque point. Il faut ajouter toutefois, avec Goldstein, que ce n’est point là une règle rigoureuse. Si on l’accepte, il en résulte que la forme du faisceau varie d’une manière simple avec celle de la cathode. On donne souvent à celle-ci la disposition d’un disque légèrement convexe : alors, les rayons figurent un tronc de cône qui va découper sur la paroi de l’ampoule une calotte circulaire. Si le disque cathodique est un miroir sphérique concave,
