Peut-être l’équation la plus connue dans le monde de la physique, « E = m.c² », postulée par Albert Einstein en 1905, a servi de base aux scientifiques pour créer de la matière à partir de la lumière, dans une étude publiée dans les Physical Review Letters. La formule régit que l’énergie est égale à la masse multipliée par la vitesse de la lumière au carré.
L’équation d’Einstein indique que deux particules lumineuses (photons) suffisamment chargées, lorsqu’elles sont projetées l’une contre l’autre, peuvent créer de la matière sous la forme d’un électron et d’un positron, respectivement des particules négatives et chargées positivement. C’est ce que les scientifiques du laboratoire Brookhaven aux États-Unis ont fait.
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Les photons, qui sont des particules de lumière, peuvent générer de la matière s’ils choquent à une vitesse extrême : pour la première fois, les scientifiques ont pu observer cela de manière pratique, mais l’idée était déjà anticipée par Albert Einstein au début du XXe siècle. Image : Jurik Peter/Shutterstock
Ce processus est cependant extrêmement difficile à réaliser. Les photons doivent être des rayons gamma très énergiques, ce que nous ne sommes pas encore en mesure de créer. Une alternative à cela a été proposée en 1934 par les physiciens Gregory Breit et John Wheeler, suggérant l’utilisation d’ions. C’est ce que les scientifiques ont fait.
« Dans l’article original, Breit et Wheeler avaient déjà réalisé que le choc photonique est presque impossible à faire », a déclaré Zhangbu Xu, du laboratoire de Brookhaven. « Le laser n’existait même pas à l’époque, mais ils ont déjà proposé une alternative pour accélérer les ions lourds. Et c’est exactement ce que nous faisons ici, au RHIC. »
« RHIC », dans ce cas, est l’acronyme en anglais de « Relative Heavy Ion Collider ». Ce que les scientifiques ont fait, c’est augmenter — beaucoup — la vitesse des ions, des noyaux atomiques avec leurs électrons enlevés (c’est-à-dire qu’ils ont une charge positive). L’accélération, cependant, n’était pas à la hauteur du point de choc, mais plutôt pour que deux ions passent près l’un de l’autre.
C’est parce que les ions, lorsqu’ils sont accélérés, se déplacent à une vitesse très proche de ce que nous voyons avec la lumière, générant un champ électromagnétique autour d’eux. Dans ce domaine, on peut appeler ce que l’on peut appeler des « faux photons ». Pas exactement les particules lumineuses ambitiées par Einstein, mais quelque chose de proche. Les experts appellent cela des « photons virtuels ».
De là, les « techniques » de la physique entrent en scène : selon ce que Xu a expliqué à Phys.org, les particules virtuelles « existent » pendant un bref instant, telles que les perturbations qui naissent dans les champs magnétiques entre deux particules réelles. Dans cette expérience, lorsque les ions sont passés près les uns des autres mais ne sont pas entrés en collision, les « nuages » magnétiques avec les photons virtuels étaient si rapides qu’ils agissaient comme s’ils étaient réels.
Le résultat est arrivé lorsque ces particules virtuelles prétendent être réelles. et montrer la proposition de Breit-Wheeler.
De plus, les niveaux d’énergie mesurés sont cohérents avec les estimations positionnées par l’équation d’Einstein, c’est-à-dire proches des nombres qui seraient touchés par des photons réels.