Selon les médias étrangers, selon la théorie, si deux photons sont écrasés ensemble, de la matière peut être produite: une paire d’électrons positifs et négatifs, selon la théorie de la relativité restreinte d’Einstein, la lumière est convertie en masse. Ce processus s’appelle le processus Breit-Wheeler, proposé pour la première fois par Gregory Breit et John A. Wheeler en 1934, et maintenant nous avons de bonnes raisons de croire que cela fonctionnera.
Mais l’observation directe de phénomènes purs impliquant seulement deux photons reste insaisissable, principalement parce que les photons nécessitent des énergies extrêmement élevées (c’est-à-dire des rayons gamma), et nous n’avons pas encore la technologie pour construire des lasers à rayons gamma.
Maintenant, les physiciens du Brookhaven National Laboratory disent qu’ils ont trouvé un moyen de contourner cet obstacle en utilisant le collisionneur d’ions lourds relativistes (RHIC) du laboratoire pour observer directement le processus de Brett-Wheeler en action.
“Dans leur article, Breit et Wheeler ont réalisé que c’était presque impossible”, a déclaré Zhangbu Xu, physicien au Brookhaven Lab. “Le laser n’existait pas encore ! Mais Breit et Wheeler ont proposé une alternative : les ions lourds accélérés. Leur alternative est exactement ce que nous avons fait au RHIC.”
Mais qu’est-ce qu’un ion accéléré a à voir avec une collision de photons ?
Comme le nom du collisionneur l’indique, le processus consiste à accélérer les ions, les noyaux éliminant les électrons. Étant donné que les électrons sont chargés négativement et que les protons (à l’intérieur du noyau) sont chargés positivement, le noyau est chargé positivement après le décapage. Plus l’élément est lourd, plus il contient de protons et plus l’ion résultant est chargé positivement.
L’équipe de recherche a utilisé des ions d’or, qui contiennent 79 protons et une forte charge électrique. Lorsque les ions d’or sont accélérés à des vitesses très élevées, ils génèrent un champ magnétique circulaire comparable au champ électrique vertical dans un collisionneur. Là où ils se croisent, ces champs égaux peuvent produire des particules électromagnétiques, ou photons.
“Ainsi, lorsque les ions se déplacent à une vitesse proche de la vitesse de la lumière, il y a un essaim de photons entourant le noyau d’or et se déplaçant avec lui comme un nuage”, a déclaré Xu.
Dans le RHIC, les ions sont accélérés à des vitesses relatives, une grande partie de la vitesse de la lumière. Dans cette expérience, les ions d’or ont été accélérés à 99,995 % de la vitesse de la lumière.
C’est là que la magie opère : lorsque deux ions passent, leurs deux nuages de photons interagissent et entrent en collision. La collision elle-même ne peut pas être détectée, mais les paires électron-positon qui en résultent peuvent être détectées.
Cependant, la simple détection des paires électron-positon ne suffit pas.
En effet, les photons produits par les interactions électromagnétiques sont des photons virtuels, qui apparaissent et disparaissent brièvement et n’ont pas la même masse que les photons “réels”.
Pour réaliser un véritable processus Bright-Wheeler, il faut que deux photons réels entrent en collision – pas deux photons virtuels, ni un photon virtuel et un photon réel.
Aux vitesses relativistes des ions, les particules virtuelles peuvent se comporter comme de vrais photons. Heureusement, les physiciens ont un moyen de dire quelles paires électron-positon ont été créées par le processus de Breit-Wheeler : l’angle entre les paires électron et positron créées par la collision.
Chaque type de collision – virtuel-virtuel, virtuel-réel et réel-réel – peut être identifié en fonction de l’angle entre les deux particules produites. Les chercheurs ont donc détecté et analysé les angles de plus de 6 000 paires électron-positon générées dans l’expérience.
Ils ont découvert que ces angles correspondaient à des collisions entre de vrais photons – le processus de Brett-Wheeler à l’œuvre.
“Nous avons également mesuré toutes les énergies, les distributions de masse et les nombres quantiques du système”, a déclaré Daniel Brandenburg, physicien au Brookhaven Lab. “Comme Breit et Wheeler l’avaient prédit à l’origine, nos résultats sont une étape directe à travers la collision de la lumière. La création des paires matière-antimatière fournit des preuves claires.”
