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En vidéo : Comment fabriquer du positronium

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Cet atome d'antimatière n'existe pas dans la nature ni dans le tableau périodique des éléments. Mais on sait le fabriquer et on lui imagine même de nombreuses applications, pour la fusion nucléaire ou la microscopie.

La chambre à ultra-vide où le faisceau de positrons tombe sur le cristal de quartz. Crédit : David Cassidy, UC-Riverside

Le professeur Allen Mills est l'un des spécialistes mondiaux du positronium, un curieux élément que l'on peut décrire comme une sorte d'atome d'hydrogène  formé par la liaison d'un électron et de son antiparticule, le positron. En 2005, lui et son équipe ont annoncé avoir probablement synthétisé des molécules de positronium. La possibilité théorique d'une telle synthèse avec des faisceaux de positrons envoyés sur la surface d'un cristal de quartz ouvrirait la voie à de nombreuses applications pratiques de l'antimatière, comme un laser à rayon gamma, moins encombrant et moins gourmand en énergie pour réaliser la fusion inertielle. La vidéo qui suit explique les travaux du professeur Mills et de son équipe.


La recette du positronium

Comme l'illustre la vidéo, dans notre environnement, les positrons ne survivent pas longtemps et ils s'annihilent avec les électrons en émettant des photons gamma. La production de positrons en accélérateur est coûteuse en énergie, mais il existe des sources naturelles, comme les atomes de sodium 22, qui produisent des positrons par désintégrations radioactives.

Les membres de l'équipe du professeur Mills ont construit un dispositif qui capture et stocke les positrons émis par une source hautement  radioactive de sodium 22. Les positrons obtenus sont trop énergétiques pour être directement utilisés dans un faisceau pour les applications désirées, on doit donc les ralentir.

Générateur de rayons gamma

Une fois cela fait, on dispose d'un faisceau d'antimatière pratique et bon marché. En tombant sur une cible, le faisceau de positrons produit un flux de rayons gamma lorsque les positrons et les électrons de la cible se rencontrent. En modulant le flux de positrons, on module aussi le flux de photons gamma que l'on peut enregistrer avec des photomultiplicateurs.

Par ce moyen, on peut par exemple transmettre de la musique classique enregistrée sur un CD. La transmission  de cette musique s'effectue de la même manière que par l'intermédiaire d'ondes radio, sauf qu'ici, la fréquence des photons est un million de milliards de fois plus élevée.

En employant un faisceau de positrons, il devrait alors être possible de construire l'équivalent d'un microscope électronique mais capable de discerner des détails beaucoup plus fins. Dans ce cas, c'est la nature de l'objet étudié qui modulerait le flux de rayons gamma.

L'objectif principal du professeur Mills est, d'une part, de produire de grandes quantités de molécules de positronium en exposant un cristal de quartz à un faisceau de positrons, d'autre part, de produire un superfluide de positronium. Grâce à ce dernier, un laser à rayons gamma serait alors facilement réalisable.

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