Il devrait être possible de transformer la lumière en matière, du moins en théorie. En pratique, cela s’avère plus compliqué. Plus de 84 ans après la première théorisation du processus, certains chercheurs estiment qu’ils seront néanmoins bientôt en mesure de le faire.
C’est ce qu’on appelle le processus Breit-Wheeler, décrit pour la première fois en 1934 par deux physiciens, Gregory Breit et John A. Wheeler. Dans leur article, Breit et Wheeler ont supposé que si vous brisiez deux photons – des particules de lumière -, de cette collision résulterait un positon et un électron. Vous auriez ainsi créé la matière à partir de la lumière. Mais ça, c’est en théorie. D’ailleurs à l’époque, Breit et Wheeler pensaient que mettre en pratique la théorie serait impossible, notant qu’il serait « sans espoir d’essayer d’observer la formation de paires dans des expériences de laboratoire ».
Les physiciens d’aujourd’hui semblent un peu plus optimistes. C’est en 2014 que les chercheurs de l’Imperial College de Londres ont conçu leur expérience. « Prenez la fameuse équation d’Einstein reliant énergie et masse : E = mc 2, qui nous dit combien d’énergie est produite quand la matière est transformée en énergie », explique Steven Rose, qui participe à l’étude. « Ce que nous faisons est la même chose mais à l’envers : transformer l’énergie des photons en masse, c’est-à-dire m = E / c² ».
L’installation expérimentale – ce que l’équipe appelle un « collisionneur photon-photon » – est un nouveau type d’expérience impliquant deux faisceaux laser de très haute puissance. À l’intérieur d’une chambre cible, des électrons sont tirés sur une plaque d’or pour produire un premier faisceau de photons à haute énergie. Ensuite, un deuxième laser de haute énergie est tiré dans un petit tube en or appelé hohlraum pour créer un champ de rayonnement thermique. Le faisceau de photons est ensuite dirigé à travers le hohlraum, et les photons provenant des deux sources entrent en collision. Si cela fonctionne, l’équipe sera capable de détecter les positrons chargés de ces collisions.
Si l’expérience fonctionne, elle ne sera pas simplement incroyable en elle-même : elle pourrait aussi nous aider à mieux comprendre l’Univers. « Lorsque Gregory Breit et John Wheeler ont proposé le mécanisme pour la première fois en 1934, ils ont utilisé la nouvelle théorie de l’interaction entre la lumière et la matière connue sous le nom d’électrodynamique quantique », explique le chercheur Stuart Mangles. « Si nous pouvons le démontrer aujourd’hui, nous recréerions un processus notable durant les 100 premières secondes de l’Univers et qui est également vu dans les sursauts gamma, qui sont les plus grandes explosions dans l’Univers ».
Nous attendons donc avec impatience les résultats. Restez à l’affût !
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