Une équipe britannique affirme qu’il est possible de créer des particules matérielles à partir de rayons lumineux grâce à un laser ultra-puissant.

1_Phenomene quantique et effet Laser - Quand la lumiere devient matiere -

La matière est composée d’éléments classés en différentes catégories de particules, dont l’étude est l’objet de la physique des particules :

  • les particules élémentaires en sont ses constituants les plus infimes actuellement connus, et sont décrites par le modèle standard de la physique des particules ;
  • les particules composites sont des agrégats de particules élémentaires ou d’autres particules composites ;
  • les particules subatomiques regroupent les particules élémentaires et les particules composites de taille inférieure à l’atome (inférieure à quelques angströms) — elles sont l’un des principaux objets de la physique des particules.

Ces particules peuvent être créées et/ou accélérées à de très hautes énergies dans les accélérateurs de particules, ainsi que dans certains phénomènes astrophysiques — on parle dans ce dernier cas d’astroparticules.

Mots clés à retenir,

  • Effet quantique
  • Fusion
  • Diffraction ( des particules )
  • Nucléation – Nucléaire*
  • Mélange
  • Réaction ( subatomique ) etc..

11_Phénomène quantique et effet Laser - Les particules -

Un Laser

« amplification de la lumière par émission stimulée de rayonnement ») est un appareil qui produit une lumière spatialement et temporellement cohérente basée sur l’effet laser. Descendant du maser, le laser s’est d’abord appelé maser optique.

Une source laser associe un amplificateur optique basé sur l’effet laser à une cavité optique, encore appelée résonateur, généralement constituée de deux miroirs, dont au moins l’un des deux est partiellement réfléchissant, c’est-à-dire qu’une partie de la lumière sort de la cavité et l’autre partie est réinjectée vers l’intérieur de la cavité laser.

2_Phenomene quantique et effet Laser - Quand la lumiere devient matiere -

3_Phenomene quantique et effet Laser - Quand la lumiere devient matiere -

Avec certaines longues cavités, la lumière laser peut être extrêmement directionnelle. Les caractéristiques géométriques de cet ensemble imposent que le rayonnement émis soit d’une grande pureté spectrale, c’est-à-dire temporellement cohérent.

Le spectre du rayonnement contient en effet un ensemble discret de raies très fines, à des longueurs d’ondes définies par la cavité et le milieu amplificateur. La finesse de ces raies est cependant limitée par la stabilité de la cavité et par l’émission spontanée au sein de l’amplificateur (bruit quantique). Différentes techniques permettent d’obtenir une émission autour d’une seule longueur d’onde.

Au XXIe siècle, le laser est plus généralement vu comme une source possible pour tout rayonnement électromagnétique, dont fait partie la lumière. Les longueurs d’ondes concernées étaient d’abord les micro-ondes (maser), puis elles se sont étendues aux domaines de l’infrarouge, du visible, de l’ultraviolet et commencent même à s’appliquer aux rayons X.

Le principe de l’émission stimulée (ou émission induite) est décrit dès 1917 par Albert Einstein. En 1950, Alfred Kastler (lauréat du prix Nobel de physique en 1966) propose un procédé de pompage optique, qu’il valide expérimentalement, deux ans plus tard, avec Brossel et Winter. Mais ce n’est qu’en 1953 que le premier maser (maser au gaz ammoniac) est conçu par J. P. Gordon, H. J. Zeiger et Ch. H. Townes.

Au cours des années suivantes, de nombreux scientifiques tels N. G. Bassov, Alexandre Prokhorov, Arthur Leonard Schawlow et Charles H. Townes contribuent à adapter ces théories aux longueurs d’ondes du visible. Townes, Bassov, et Prokhorov partagent le Prix Nobel de Physique en 1964 pour leurs travaux fondamentaux dans le domaine de l’électronique quantique, qui mènent à la construction d’oscillateurs et d’amplificateurs basés sur le principe du Maser-Laser.

En 1960, le physicien américain Théodore Maiman obtient pour la première fois une émission laser au moyen d’un cristal de rubis. Un an plus tard, Ali Javan met au point un laser au gaz (hélium et néon) puis en 1966, Peter Sorokin construit le premier laser à liquide.

Les lasers trouvent très tôt des débouchés industriels. La première application fut réalisée en 1965 et consistait à usiner un perçage de 4,7 mm de diamètre et de 2 mm de profondeur dans du diamant avec un laser à rubis. Cette opération était réalisée en 15 min, alors qu’une application classique prenait 24 heures.

7_Phénomène quantique et effet Laser - Quand la lumière devient matière -

La matière est ce qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Les quatre états les plus communs sont l’état solide, l’état liquide, l’état gazeux et l’état plasma. La matière occupe de l’espace et possède une masse. Ainsi, en physique, tout ce qui a une masse est de la matière.

La matière ordinaire qui nous entoure est formée de baryons et constitue la matière baryonique. Cette définition exclut les bosons fondamentaux, qui transportent les quatre forces fondamentales, bien qu’ils aient une masse et/ou une énergie.

Ne pas confondre avec matériau, qui est le type, la sorte ou la classe de matière utilisé pour réaliser une pièce.

La matière

peut se retrouver dans plusieurs états ou phases. Les quatre états les plus connus sont solide, liquide, gazeux, et plasma. Il existe aussi d’autres états un peu plus exotiques, tels que cristal liquide, condensat de Bose-Einstein, superfluide et fluide supercritique. Lorsque la matière passe d’un état à l’autre, elle effectue une transition de phase. Attention : un changement d’état n’est pas une transformation chimique ! Ce phénomène est étudié en thermodynamique via les diagrammes de phase. La transition de phase se produit lorsque certaines caractéristiques de la matière changent : pression, température, volume, densité, énergieetc.

8_Laser ultra-puissant - Quand la lumière devient matière

Fabriquer de la matière à partir de la lumière –

un phénomène quantique du monde subatomique – nul n’y était encore parvenu. Des chercheurs britanniques de l’Imperial College London ont annoncé avoir trouvé le moyen de parvenir à cette incroyable prouesse, dans un article paru dans la revue Nature ce dimanche ce 18 mai.

9_Laser ultra-puissant - Quand la lumière devient matière

Habituellement, dans les accélérateurs de particules, matière et antimatière s’annihilent spontanément en émettant des photons de haute énergie, mais une paire de photons peut-elle se transformer en matière ? En théorie c’est possible, les physiciens Gregory Breit et John Wheeler l’avaient prédit en 1934 selon la célèbre équation d’Einstein E=mc² qui postule qu’énergie et matière sont deux entités équivalentes, m étant la masse et c étant la vitesse de la lumière. Si l’annihilation matière-antimatière survient fréquemment, l’opération inverse (c’est à dire la matérialisation) n’avait jamais été observée.

Une expérience de collision de particules :

PHOTONS. Dans l’expérience, deux photons qui entrent en collision ont abouti à la formation d’un électron et d’un positron (ou antiélectron). L’électron est une particule subatomique ordinaire, tandis que le positron (de même masse mais chargé positivement) est l’antiparticule associée à l’électron.

Le principe se déroule en deux étapes. D’abord des électrons sont accélérés jusqu’à atteindre une vitesse légèrement inférieure à celle de la lumière. En cognant une plaque d’or, ils libèrent des photons un milliard de fois plus énergétiques que la lumière visible. Dans un deuxième temps, à travers un hohlraum (petit tube en or fermé, percé d’une fente sur le côté) pénètre un laser ultra-puissant. C’est là où survient la collision entre les photons du laser et ceux émis par la feuille d’or, permettant la formation de 100 000 paires d’électrons/positrons.

Un résultat non-observable à l’œil nu

MICROSCOPE. Selon les chercheurs, l’expérience pourrait être réalisée dans moins d’un an, permettant de confirmer cette théorie. En effet, la technologie nécessaire à la réalisation de ces travaux serait d’ores et déjà disponible en Grande-Bretagne. Le professeur Steve Rose, auteur de l’article, prévient cependant que si le dispositif venait à fonctionner, les résultats devraient être observés au microscope. En effet, le but premier est d’obtenir des particules subatomiques, et la création d’objets visibles à l’œil nu n’est pour le moment pas envisagée.

Vers une meilleure compréhension de la formation de l’univers

13_Laser ultra-puissant - Quand la lumière devient matière

MYSTERES. L’expérience permettrait de comprendre les phénomènes qui ont eu lieu lors des premiers instants de notre univers, où cette matérialisation quantique était supposée fréquente. Les mystères de la création de la matière sont-ils sur le point d’être résolus ? La théorie ne demande qu’à être vérifiée.

mécanique quantique la Théorie du tout

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