Associés aux ondes électromagnétiques dont la lumière est visible, les photons interagiraient entre eux tels des atomes. L’expérience ayant permis de faire cette découverte est une grande première !
Des chercheurs américains provenant de diverses universités ont ensemble publié le 10 novembre 2017 un rapport disponible dans l’archive de prépublications arXiv. Selon le groupe de scientifiques, ces derniers ont pu « apparier » trois photons en les considérant comme des atomes de matière.
Il s’agit d’une grande première, surtout qu’habituellement les photons ignorent la loi de l’attraction-répulsion omniprésente dans le domaine des atomes et des particules subatomiques. Le résultat de l’expérience menée par les chercheurs s’explique par la théorie de l’interaction entre atomes, dictant les lois d’attraction et répulsion.
Les scientifiques estiment qu’il existe bien une force d’attraction entre les trois photons testés et qu’il s’agit d’un phénomène inédit, pouvant donner lieu à l’apparition d’un nouveau champ de recherche ou être intégré dans les technologies quantiques. En 2013 déjà, la même équipe de chercheurs avait apparié deux photons et l’étude récente vise à confirmer la première.
En pratique, l’expérience implique la présence d’une petite impulsion laser (d’une poignée de photons) et d’un nuage d’atomes (de rubidium par exemple) ou de gaz. Ce nuage d’atome ou de gaz doit être refroidi à un millionième de degré au-dessus du zéro absolu, soit −273,15 °C. Ainsi, les photons pénètrent dans le nuage un par un tout en s’éloignant les uns des autres, mais à la sortie ceux-ci se sont réunis par deux ou trois. Par ailleurs, les chercheurs indiquent que l’interaction responsable de l’unification de trois photons était plus importante que celle occasionnant l’assemblage de seulement deux photons.
Les scientifiques ont alors modélisé ce processus par le biais d’une théorie habituellement appliquée aux interactions physiques entre particules de matière : la théorie quantique des champs ou plus précisément, la théorie quantique des champs effective. Selon cette théorie, les photons s’apparient dans les atomes de rubidium mais à la sortie, ces derniers se retrouvent ensemble comme si cela avait toujours été le cas. Enfin, les chercheurs ont observé que la nouvelle particule formée par trois photons avait une masse inférieure à celle de l’électron, une découverte jugée très étrange.
Sources : Science Mag – Science & Vie
