par Hayley Dunning , Imperial College London
Dans des installations laser au Royaume-Uni, les physiciens de l’Imperial testent une théorie vieille de 84 ans que l’on pensait autrefois impossible à prouver.
La théorie du processus de Breit-Wheeler dit qu’il devrait être possible de transformer la lumière en matière en écrasant deux particules de lumière (photons) ensemble pour créer un électron et un positron. Cependant, les tentatives passées de le faire ont nécessité l’ajout d’autres particules à haute énergie.
Les physiciens de l’Imperial College London, dirigés par le professeur Steven Rose, ont trouvé un moyen de tester la théorie qui ne repose pas sur ces extras ajoutés en 2014, et aujourd’hui une expérience est en cours dans l’espoir de transformer la lumière directement en matière pour la première fois.
Le professeur Rose a déclaré : « Ce serait une pure démonstration de la célèbre équation d’Einstein qui relie l’énergie et la masse : E=mc2, qui nous indique la quantité d’énergie produite lorsque la matière est transformée en énergie. Ce que nous faisons est la même chose, mais à l’envers : transformer l’énergie du photon en masse, c’est-à-dire m=E/c2. »
Le système fait appel à deux faisceaux laser de haute puissance, qui sont utilisés pour créer les photons de lumière à écraser ensemble. L’un des photons a environ 1000 fois l’énergie des photons qui produisent la lumière visible, et l’autre 1 000 000 000 fois cette énergie.
Les faisceaux laser sont focalisés sur deux minuscules cibles distinctes à l’intérieur d’une chambre cible, qui contient des optiques complexes utilisées pour focaliser les faisceaux laser et des aimants utilisés pour dévier les particules chargées. Ce sont les positrons chargés issus de la collision que l’équipe recherchera pour confirmer si le processus a été un succès.
L’équipe, dirigée par le Dr Stuart Mangles et le professeur Rose, a cherché dans le monde entier un système laser adapté, mais a trouvé le plus adapté près de chez elle : le laser Gemini du Central Laser Facility du STFC Rutherford Appleton Laboratory, près d’Oxford.
S’ils réussissent, ils détecteront des positrons, mais ils devront entreprendre une analyse minutieuse des données avant que ces positrons puissent être confirmés comme provenant du processus Breit-Wheeler et non d’autres processus de fond, prouvant le succès de la transformation de la lumière en matière.
Le Dr Mangles a déclaré : « 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 (QED). Alors que toutes les autres prédictions fondamentales de la QED ont depuis été démontrées expérimentalement, le « processus Breit-Wheeler à deux photons » n’a jamais été vu.
« Si nous pouvons le démontrer maintenant, nous recréerions un processus qui était important dans les 100 premières secondes de l’univers et qui est également vu dans les sursauts gamma, qui sont les plus grandes explosions de l’univers et l’un des plus grands mystères non résolus de la physique. »
Certains des détecteurs que l’équipe utilisera proviennent du CERN, et l’équipe espère utiliser un réseau d’étudiants des écoles pour les aider à analyser les données grâce à l’Institut de recherche dans les écoles, dont le professeur Rose a été l’un des fondateurs.
Fourni par Imperial College London