Des scientifiques ont travaillé sur un moyen “facile” de transformer de la lumière en matière, un processus estimé comme impossible lorsqu’il a été proposé pour la première fois, il y a 80 ans. L’expérience proposée recréer les évènements qui se sont produits dans les 100 premières secondes du Big Bang.
En 1934, les scientifiques Gregory Breit et John Wheeler ont suggéré que lumière pourrait être converti en matière en percutant deux photons pour créer un électron et son homologue d’antimatière, un positron.
Les calculs de Breit et Wheeler étaient corrects, mais ils ne s’attendaient pas à ce que quelqu’un démontre physiquement leur prédiction.
Selon le principal auteur de l’étude Oliver Pike, de l’Imperial College London :
Le processus de Breit-Wheeler (Breit–Wheeler process) est l’une des interactions les plus simples de la lumière et de la matière et l’une des manifestations les plus pures de E = mc2. Cependant, le travail de Breit-Wheeler n’a jamais été observé. Le dispositif expérimental que nous proposons peut être réalisé avec une relative facilité et avec la technologie existante.
Ci-dessous : les différentes théories, au fil du temps, décrivant les interactions entre la lumière et la matière (Oliver Pike, Imperial College London) :
Le collisionneur de photon convertirait directement la lumière en matière en utilisant un laser à haute intensité extrêmement puissant pour tirer des électrons à, pratiquement, la vitesse de la lumière dans une plaque en or. Cela créerait un faisceau de photons un milliard de fois plus énergétiques que la lumière visible.
L’étape suivante consiste à tirer un autre laser à haute énergie sur la surface d’un minuscule cylindre en or, appelé hohlraum (allemand pour cavité, dans la partie droite de l’image ci-dessous), pour créer un champ de rayonnement thermique de photons.
Les chercheurs dirigeraient alors le faisceau de photons à partir de la dalle en or par le centre du hohlraum, provoquant la collision des photons provenant des deux sources et créant ainsi des électrons et des positrons qui pourraient être détectés alors qu’ils rayonnent hors du dispositif.
Partie gauche schéma de l’expérience, partie droite un hohlraum :
De la matière a d’abord été produite à partir d’énergie pure en 1997 au Centre de l’accélérateur linéaire de Stanford (SLAC) quand un puissant faisceau d’électrons a été tiré dans un faisceau laser de photons.
Parfois un électron entre en collision avec un photon poussant d’autres photons avec suffisamment de force pour produire un électron et un positron.
Selon Oliver Pike :
Il n’y avait pas assez d’énergie à Stanford pour observer le processus de Breit-Wheeler, à la place un processus beaucoup plus complexe a été observé, des photons à haute énergie ont interagi avec plusieurs photons à basse énergie dans un intense champ laser. Dans notre travail, il n’y a pas de particules massives présentes. Notre système représenterait donc la première démonstration de faisabilité d’un pur collisionneur photon-photon.
Et de conclure :
La course pour exécuter et accomplir l’expérience est ouverte ! Et une fois accomplie, elle pourrait déboucher sur de nouvelles et importantes perspectives sur la façon dont l’univers, notamment les gigantesques explosions de sursauts de rayons gamma, opère.
L’étude publiée dans Nature photonics : A photon–photon collider in a vacuum hohlraum.
