Problema goliciunii

Intensitatea laserului va face ca materia să iasă din gol de Michel Alberganti

Cuvinte cheie: energie, vid, materie, creație, particule, antimaterie

Biografia ecuației E = mc 2 este departe de a fi completă. Ilustrația remarcabilă dată de documentarul fictiv difuzat de Arte duminică 16 octombrie (O biografie a ecuației E = mc2, de Gary Johnstone) ar putea experimenta în curând un nou capitol captivant. La Laboratorul de Optică Aplicată (LOA), comun pentru Școala Națională de Tehnici Avansate (Ensta), Școala Politehnică și CNRS, Palaiseau (Essonne), Gérard Mourou se apropie de momentul în care va fi capabil să obțină materie dintr-un vid ...

„Golul este mama oricărei materii”, spune el cu o anumită jubilare. În starea perfectă, „conține o cantitate gigantică de particule pe cm3 ... și la fel de multe antiparticule”. De unde o sumă zero care duce la această absență aparentă a materiei pe care o numim ... vid. Ce provocă definiția dicționarului pentru care, din secolul al XIV-lea, acesta din urmă este un „spațiu care nu este ocupat de materie”. Acest lucru se număra fără antimaterie și fără celebra formulă E = mc², pe care Albert Einstein a dedus-o din relativitatea specială acum o sută de ani, în 1905.

De ce să inversăm această formulă producând materie dintr-un vid? Pentru Gérard Mourou, aplicațiile vor varia de la crearea unei noi microelectronice relativiste la studiul Big Bang-ului și posibilitatea de a simula găurile negre. Ceea ce el numește „lumină extremă” permite dezvoltarea terapiei cu protoni, capabilă să atace tumorile fără a afecta celulele înconjurătoare, „farmacologia nucleară” și posibilitatea de a controla radioactivitatea unui material cu un simplu buton. Ca să nu mai vorbim de fabricarea unor acceleratoare extrem de compacte, care pot concura cu facilitățile gigantice de la CERN din Geneva. Prin urmare, controlul luminii este departe de a-și fi atins limitele. LOA funcționează cu laserul, unul dintre cele mai spectaculoase rezultate ale descoperirilor care i-au adus lui Albert Einstein Premiul Nobel în 1921.

Pentru a citi, de asemenea:  Producția de hidrogen

Gérard Mourou a jucat un rol major în creșterea puterii acestei raze de lumină coerente, obținută pentru prima dată în 1960. În 1985, a dezvoltat o metodă numită amplificare a impulsului chirped (CPA) (Le Monde du 8 Iunie 1990). „Peste noapte, am creat o sursă care stătea pe o masă și a cărei intensitate era egală cu cea a instalațiilor de mărimea unui teren de fotbal”, explică Gérard Mourou.

Unda de rupere

Timp de douăzeci de ani, fizicienii se poticniseră de apariția fenomenelor neliniare la intensități de aproximativ 1014 W / cm2 (W / cm2) care au degradat valul și au provocat distrugerea solidelor în care s-au născut laserele. Gérard Mourou a folosit surse care produc impulsuri foarte scurte (picosecundă, adică 10-12 secunde), una dintre caracteristicile căreia era să conțină o gamă largă de frecvențe. „Pentru a rezolva problema, înainte de a amplifica impulsul, l-am întins ordonând fotonii”, spune cercetătorul care, pentru a explica CPA, folosește analogia unui peloton de bicicliști care se confruntă cu un tunel. Pentru a evita un blocaj în timpul unui pasaj frontal, este necesar să încetiniți unii alergători înainte de obstacol.

Gérard Mourou face același lucru cu frecvențele. După ce le-a separat, el impune căi diferite pe fiecare culoare folosind o grătar de difracție. După amplificarea fiecărei frecvențe, este „suficient” să efectuați operația inversă pentru a găsi un impuls cu același profil, dar mult mai intens. Odată cu CPA, intensitatea a început să urce din nou pentru a ajunge la… 1022 W / cm2 astăzi, 1024 W / cm2 în 2006.

„Până la o anumită valoare a intensității, componenta magnetică a undei incidente rămâne neglijabilă în comparație cu componenta sa electrică, explică Gérard Mourou. Dar de la 1018 W / cm2, exercită presiune asupra electronului. Acesta din urmă, până atunci supus unei simple „umflături”, este brusc purtat de o undă care se rupe până când atinge propria viteză, adică cea a luminii. Apoi intrăm în viziunea relativistă neliniară. Electronii rupți își transformă atomii în ioni care „încearcă să țină electronii, ceea ce creează un câmp electric continuu, adică electrostatic, de intensitate considerabilă”. Câmpul electric alternativ al undei luminoase incidente este astfel transformat într-un câmp electric direct.

Pentru a citi, de asemenea:  Studiul sonoluminescență fenomenului

Acest fenomen „extraordinar” generează un câmp titanic de 2 teravolți pe metru (1012 V / m). „CERN pe un contor ...”, rezumă Gérard Mourou. La 1023 W / cm2, câmpul electrostatic va ajunge la 0,6 petavolt pe metru (1015 V / m) ...
Pentru comparație, Stanford Linear Accelerator Center (SLAC) accelerează particulele de până la 50 giga-electronvolți (GeV) peste 3 km. „În teorie, am putea face același lucru la o distanță de ordinul diametrului unui păr”, spune cercetătorul. În vremea sa, Enrico Fermi (1901-1954) a estimat că, pentru a ajunge la petavolt, acceleratorul ar trebui să ocolească Pământul.

„Electronii împinși de lumină ajung să tragă ionii în spatele lor”, continuă domnul Mourou. De acum, barca își trage ancora. Lumina inițială a generat un fascicul de electroni și ioni. LOA a reușit să accelereze electronii la energii de 150 mega-electronvolți (MeV) pe distanțe de câteva zeci de microni. El intenționează să treacă mai întâi către GeV și „mult mai departe atunci”.

Mini Big Bang

În același timp cu această dezvoltare care ar putea, pe termen lung, să concureze cu acceleratorii mari de particule, Gérard Mourou spune că este foarte apropiat, din nou, datorită intensităților enorme de lumină obținute, pentru a „sparge golul”, adică pentru a dezvălui „ ceva ”unde aparent nu era nimic.

Pentru a citi, de asemenea:  Maeștrii apei, video complet

În realitate, nu este vorba de o operație magică ci, „pur și simplu”, de a dezvălui ceea ce era invizibil. Obiectivul teoretic este o intensitate de 1030 W / cm2. Pentru a obține această valoare, fizicienii consideră vidul ca un dielectric, adică un izolator. În același mod în care o intensitate prea mare determină „condensarea” unui condensator, este posibil să „spargem vidul”.

Dar ce se va întâmpla atunci? Ce particule ciudate vor izvora din vid? Din nou, misterul este clarificat. Va fi un cuplu electron-pozitron. O particulă și antiparticulele sale, care sunt cele mai ușoare și, prin urmare, cele care, conform formulei lui Einstein, vor necesita cea mai mică energie pentru a apărea. Și acest minim este, de asemenea, bine cunoscut: 1,022 MeV.

Astfel, totul pare pregătit pentru ca materia să își facă prima apariție dintr-un vid într-un laborator. Acest mini-Big Bang ar putea apărea chiar înainte de 1030 W / cm2. Domnul Mourou crede că, utilizând raze X sau gamma, ar fi posibil să se reducă acest prag la aproximativ 1023-1024 W / cm2. Acesta este tocmai obiectivul LOA pentru anii următori.

Articol publicat în ediția 19.10.05 a Le Monde

Lasă un comentariu

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate *