Les particules voyageant dans l'espace vide peuvent émettre des flashs lumineux de rayons gamma en interagissant avec le vide quantique, selon une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'Université de Strathclyde.

On sait depuis longtemps que les particules chargées, comme les électrons et les protons, produisent l'équivalent électromagnétique d'un bang sonique lorsque leur vitesse dépasse celle des photons dans le milieu environnant. Cet effet, connue sous le nom d'émission Cherenkov, est responsable de la lueur bleue caractéristique de l'eau dans un réacteur nucléaire, et est utilisé pour détecter des particules dans le grand collisionneur de hadrons du CERN.

Selon Einstein, rien ne peut voyager plus vite que la lumière dans le vide. À cause de ce, on suppose généralement que l'émission Cherenkov ne peut pas se produire dans le vide. Mais selon la théorie quantique, le vide lui-même est rempli de "particules virtuelles", qui entrent et sortent momentanément de l'existence.

Ces particules fantomatiques ne sont généralement pas observables mais, en présence de champs électriques et magnétiques extrêmement puissants, ils peuvent transformer le vide en un milieu optique où la vitesse de la lumière est ralentie de sorte que les particules chargées à grande vitesse peuvent émettre des rayons gamma Cherenkov. C'est totalement inattendu dans le vide.

Un groupe de chercheurs en physique à Strathclyde a découvert que dans des conditions extrêmes, tels que ceux trouvés au foyer des lasers les plus puissants au monde, et les immenses champs magnétiques autour des étoiles à neutrons, ce vide « polarisé » peut ralentir les rayons gamma juste assez pour que l'émission Cherenkov se produise. Cela signifie que les rayons cosmiques les plus énergétiques passant à travers les champs magnétiques entourant les pulsars devraient principalement émettre un rayonnement Cherenkov, largement au-delà d'autres types tels que le rayonnement synchrotron. La recherche a été publiée en tant que suggestion des éditeurs dans Lettres d'examen physique . Il faisait partie du projet financé par EPSRC Lab in a Bubble dirigé par le professeur Dino Jaroszynski, étudier une suite de phénomènes fondamentaux se produisant dans les interactions laser-plasma, avec des applications dans l'industrie, sécurité et médecine.

Le professeur Jaroszynski a déclaré :« Le projet Lab in a Bubble offre une opportunité unique d'utiliser des lasers à haute puissance pour faire progresser à la fois les connaissances fondamentales et la technologie de pointe au profit de la société. » Il s'agit d'une nouvelle prédiction très excitante car elle pourrait fournir des réponses aux des questions telles que quelle est l'origine de la lueur des rayons gamma au centre des galaxies ? Aussi, il offre une nouvelle façon de tester certaines des théories les plus fondamentales de la science en les poussant à leurs limites.

"De plus, il apportera une contribution majeure à la nouvelle frontière High Field de la physique, rendu possible par les avancées remarquables de la technologie laser qui lui ont valu le prix Nobel de physique 2018. "Dr Adam Noble, qui a conçu l'idée et dirigé l'effort de recherche théorique, a dit :Nous tenons pour acquis que rien ne peut sortir d'un espace vide constitué de pur vide. Mais ce n'est pas tout à fait vrai; la physique quantique moderne dit le contraire, et il y a des surprises intrigantes.

« Il y a un énorme effort international pour repousser les limites de la technologie laser. Bien que cela soit motivé par les nombreuses applications pratiques des lasers à haute puissance, son succès dépendra de la compréhension de tous les processus fondamentaux impliqués dans les interactions laser-matière. Ces résultats révèlent un nouvel aspect de ces processus."

Alexandre Macleod, qui a également travaillé sur le projet dans le cadre de son doctorat. projet, a déclaré:"L'électrodynamique quantique est l'une des théories les mieux testées en physique, avec un accord extraordinaire entre les prédictions théoriques et les données expérimentales. Mais cet accord n'a été vérifié que dans le régime du champ faible. Le rayonnement sous vide Cherenkov offre une nouvelle façon de tester s'il survit dans la limite du champ fort."

Lab in a Bubble est une entreprise de 4,5 millions de livres sterling dirigée par Strathclyde, Projet financé par EPSRC pour la production de « laboratoires » de la taille d'une bulle qui pourraient stimuler le traitement du cancer, imagerie médicale et procédés industriels, en plus de permettre l'étude de problèmes de physique fondamentale.

Les chercheurs du projet international visent à utiliser des lasers à haute puissance pour mener des expériences dans des bulles de plasma si petites que leur diamètre équivaut à un dixième de la section transversale d'un cheveu humain. Le plasma forme 99,999 % de la matière visible dans l'univers.