Une équipe internationale de scientifiques dirigée par le professeur Steve Rose de l’Imperial College de Londres, au Royaume-Uni, a découvert comment créer de la matière à partir de la lumière.
Des physiciens européens affirment avoir découvert comment créer de la matière à partir de la lumière. Crédit image : SLAC Information Management and Portal Solutions.
En 1934, les physiciens théoriciens américains Gregory Breit et John A. Wheeler ont suggéré qu’il serait possible de transformer la lumière en matière en faisant s’entrechoquer seulement deux particules de lumière – les photons – pour créer un électron et un positron.
“Bien que tous les physiciens reconnaissent la véracité de cette théorie, lorsque les docteurs Breit et Wheeler l’ont proposée pour la première fois, ils ont déclaré qu’ils ne s’attendaient pas à ce qu’elle soit démontrée en laboratoire”, explique le professeur Rose.
Mais une nouvelle expérience menée par son équipe montre pour la première fois comment la théorie de Breit et Wheeler pourrait être prouvée en pratique.
“Aujourd’hui, près de 80 ans plus tard, nous prouvons qu’ils avaient tort. Ce qui nous a surpris, c’est la découverte de la façon dont nous pouvons créer de la matière directement à partir de la lumière en utilisant la technologie dont nous disposons aujourd’hui au Royaume-Uni. Comme nous sommes des théoriciens, nous parlons maintenant à d’autres personnes qui peuvent utiliser nos idées pour entreprendre cette expérience historique”, a déclaré le professeur Rose, auteur principal d’un article publié dans la revue Nature Photonics.
L’expérience du collisionneur photon-photon que les physiciens ont proposée comporte deux étapes.
Tout d’abord, ils utiliseraient un puissant laser à haute intensité pour accélérer les électrons jusqu’à une vitesse juste inférieure à celle de la lumière.
Ils enverraient ensuite ces électrons dans une plaque d’or pour créer un faisceau de photons un milliard de fois plus énergétique que la lumière visible.
L’étape suivante de l’expérience implique une minuscule boîte en or appelée hohlraum. Les scientifiques tireront un laser à haute énergie sur la surface interne de cette boîte en or, afin de créer un champ de rayonnement thermique, générant une lumière similaire à celle émise par les étoiles.
Ils dirigeraient ensuite le faisceau de photons de la première étape de l’expérience à travers le centre de la boîte, provoquant la collision des photons des deux sources et la formation d’électrons et de positrons. Il serait alors possible de détecter la formation des électrons et des positrons lorsqu’ils sortent de la boîte.
“Bien que la théorie soit conceptuellement simple, il a été très difficile de la vérifier expérimentalement”, a déclaré Oliver Pike, doctorant à l’Imperial College et premier auteur de l’étude.
“Nous avons pu développer l’idée du collisionneur très rapidement, mais la conception expérimentale que nous proposons peut être réalisée avec une relative facilité et avec la technologie existante.”
“Quelques heures après avoir cherché des applications des hohlraums en dehors de leur rôle traditionnel dans la recherche sur l’énergie de fusion, nous avons été stupéfaits de constater qu’ils offraient les conditions parfaites pour créer un collisionneur de photons”. La course pour réaliser et achever l’expérience est lancée !”
La démonstration de la théorie de Breit-Wheeler fournirait la dernière pièce d’un puzzle de physique qui décrit les manières les plus simples dont la lumière et la matière interagissent.
