La foudre a toujours été une source de crainte et de mystère. Dans les temps anciens, les gens l’associaient à des dieux ou demi-dieux comme Zeus et Thor. Avec la naissance de la science moderne et de la météorologie, la foudre n’est plus considérée comme divine. Cependant, cela ne signifie pas que l’on sait tout à son sujet. On en apprend encore tous les jours.
Il y a quelques mois, les chercheurs découvraient par exemple que la foudre pouvait également frapper sur d’autres planètes, comme le géant gazeux Jupiter, ou sur Vénus. Plus récemment, une étude menée par des chercheurs de l’Université de Kyoto, au Japon, a révélé que les rayons gamma provoqués par la foudre interagissent avec les molécules d’air, produisant régulièrement des radio-isotopes et même des positrons — la version « antimatière » des électrons.
Depuis quelque temps en effet, les physiciens se rendent compte que de petits éclats de rayons gamma de haute énergie peuvent être produits par les orages électriques — ce qu’on appelle les « flashs gamma terrestres ». Les chercheurs pensent qu’ils sont le résultat de champs électriques statiques accélérant les électrons, qui sont ensuite ralentis par l’atmosphère. Des rayons allant jusqu’à 100 000 électrons-volts ont depuis été observés. Compte tenu des niveaux d’énergie impliqués, les chercheurs ont alors cherché à examiner comment ces sursauts de rayons gamma pouvaient interagir avec les molécules d’air.
« Nous savions déjà que les éclairs émettaient des rayons gamma, et nous avions émis l’hypothèse qu’ils réagiraient d’une manière ou d’une autre avec les noyaux d’éléments environnementaux présents dans l’atmosphère », explique Teruaki Enoto de l’Université de Kyoto. « En hiver, la côte ouest du Japon est idéale pour observer les puissants éclairs et les orages. Ainsi, en 2015, nous avons commencé à construire une série de petits détecteurs de rayons gamma et les avons placés dans divers endroits le long de la côte ».
Malheureusement, l’équipe a rencontré des problèmes de financement en cours de route. Les chercheurs ont alors décidé de toucher le grand public en lançant une campagne de crowdfunding pour financer leur travail. « Nous avons expliqué notre méthode scientifique et nos objectifs pour le projet. Grâce au soutien de tous, nous avons pu faire bien plus que notre objectif de financement initial », note le chercheur. Grâce au succès de leur campagne, l’équipe a donc construit et installé des détecteurs de particules sur la côte nord-ouest de Honshu. En février 2017, ils ont installé quatre autres détecteurs dans la ville de Kashiwazaki, à quelques centaines de mètres de la ville voisine de Niigata. Immédiatement après l’installation des détecteurs, un coup de foudre a eu lieu à Niigata et l’équipe a pu l’étudier.
Ils ont alors découvert quelque chose de complètement nouveau et d’inattendu. Après avoir analysé les données, l’équipe a détecté trois éclats de rayons gamma distincts de durée variable. La première était longue de moins d’une milliseconde, la seconde était la rémanence gamma qui mettait plusieurs millisecondes à se désintégrer, et la dernière était une émission prolongée d’environ une minute. « Nous pouvions dire que la première rafale provenait de la foudre. Grâce à notre analyse et à nos calculs, nous avons finalement déterminé l’origine des deuxième et troisième émissions ». Ils ont ainsi déterminé que la deuxième rémanence était causée par la foudre réagissant avec l’azote dans l’atmosphère. Essentiellement, les rayons gamma sont capables de faire perdre un neutron à des molécules d’azote, et c’est la réabsorption de ces neutrons par d’autres particules atmosphériques qui a produit la rémanence des rayons gamma. L’émission finale prolongée était quant à elle le résultat de la décomposition d’atomes d’azote instables.
C’était ici que les choses devenaient vraiment intéressantes. Selon les chercheurs, l’azote instable a en effet libéré des positrons qui ont ensuite heurté des électrons, provoquant des annihilations matière-antimatière qui ont libéré encore plus de rayons gamma. Ainsi, l’antimatière pourrait finalement se produire dans la nature en raison de mécanismes communs. « Nous avons cette idée que l’antimatière est quelque chose qui n’existe que dans la science-fiction », nous dit le chercheur. « Qui savait que cela pourrait passer au-dessus de nos têtes un jour d’orage ? Et nous savons tout cela grâce à nos sympathisants qui ont permis de financer ce projet. Nous sommes vraiment reconnaissants ».
Si ces résultats sont effectivement corrects, l’antimatière n’est donc plus cette substance extrêmement rare comme supposée jusqu’ici. En outre, l’étude pourrait présenter de nouvelles opportunités pour la recherche. Les chercheurs espèrent maintenant poursuivre ces recherches en s’appuyant sur les dix détecteurs encore en activité le long de la côte japonaise.
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