Rayonnement émis par des électrons hautement relativistes. Certains électrons perdent 80 % de leur énergie en une seule émission. Ce faisceau de rayons gamma est très étroit :si vous le pointiez sur un mur d'une maison de l'autre côté de la rue, cela ferait une tache plus petite que le bout de votre doigt. Crédit :Marija Vranic, Instituto Supérieur Technique, Université de Lisbonne.
L'antimatière est une matière exotique qui se vaporise lorsqu'elle entre en contact avec de la matière ordinaire. Si vous frappez une balle de baseball en antimatière avec une batte en matière ordinaire, il exploserait dans un éclat de lumière. Il est rare de trouver de l'antimatière sur Terre, mais on pense qu'il existe dans les confins les plus éloignés de l'univers. Étonnamment, l'antimatière peut être créée à partir de rien – les scientifiques peuvent créer des explosions de matière et d'antimatière simultanément en utilisant une lumière extrêmement énergétique.
Comment les scientifiques fabriquent-ils de l'antimatière ? Quand les électrons, particules subatomiques chargées négativement, aller et venir, ils émettent de la lumière. S'ils se déplacent très vite, ils dégagent beaucoup de lumière. Un excellent moyen de les faire bouger est de les faire exploser avec de puissantes impulsions laser. Les électrons deviennent presque aussi rapides que la lumière, et ils génèrent des faisceaux de rayons gamma (Figure 1). Les rayons gamma sont comme les rayons X, tels que ceux des cabinets médicaux ou des lignes de sécurité des aéroports, mais sont beaucoup plus petits et ont encore plus d'énergie. Le faisceau lumineux est très net, de l'épaisseur d'une aiguille à coudre, même à quelques mètres de sa source.
Lorsque les rayons gamma produits par les électrons se heurtent, ils peuvent créer des paires matière-antimatière :un électron et un positon. Maintenant, les scientifiques ont mis au point une nouvelle astuce pour créer ces paires matière-antimatière encore plus efficacement.
"Nous avons développé un "piège optique" qui empêche les électrons de se déplacer trop loin après avoir émis des rayons gamma, " a déclaré Marija Vranic de l'Université de Lisbonne, qui présentera son travail à la réunion de la division de la physique des plasmas de l'American Physical Society à Portland, Ore. "Ils sont piégés où ils peuvent être à nouveau touchés par les puissantes impulsions laser. Cela génère plus de rayons gamma, ce qui crée encore plus de paires de particules."
Ce processus se répète, et le nombre de paires croît très vite dans ce qu'on appelle une « cascade ». Le processus se poursuit jusqu'à ce que les particules qui ont été créées soient très denses (Figure 2).
Un piège optique pour plasma matière-antimatière. Le piège est formé de 4 lasers, disposés dans un plan, allant tous vers le même point. Lorsque les lasers se chevauchent, ils forment une onde 2D, avec les champs électriques indiqués sur la figure. Il y a un petit objet au centre, un nanofil 100 fois plus fin qu'un cheveu humain. Les électrons sont dépouillés du fil et accélérés près de la vitesse de la lumière. Ils sont piégés dans la vague, alors quand ils perdent la plus grande partie de leur énergie en émettant de la lumière, ils sont ré-accélérés. Les photons produisent des paires électron-positon, eux-mêmes pris au piège. Ce processus peut créer un plasma électron-positon dense qui convertit finalement la majeure partie de l'énergie laser disponible en rayons gamma. Crédit :Marija Vranic, Instituto Supérieur Technique, Université de Lisbonne
On pense que les cascades se produisent naturellement dans des coins éloignés de l'univers. Par exemple, les étoiles à neutrons en rotation rapide appelées pulsars ont des champs magnétiques extrêmement puissants, un billion de fois plus fort que les champs magnétiques sur Terre, qui peut produire des cascades.
L'étude des cascades en laboratoire pourrait éclairer les mystères liés aux plasmas astrophysiques dans des conditions extrêmes. Ces faisceaux peuvent également avoir des applications industrielles et médicales pour l'imagerie non invasive à contraste élevé. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour rendre les sources moins chères et plus efficaces, afin qu'ils puissent devenir largement disponibles.
