Pour que le vide cesse d'être le vide

Un vide est un endroit où, même si vous ne le voyez pas, il se passe beaucoup de choses. Cependant, pour savoir exactement ce qui nécessite tellement d'énergie, il semblait jusqu'à récemment impossible pour les scientifiques de se pencher sur le monde des particules virtuelles. Lorsque certaines personnes s'arrêtent dans une telle situation, il est impossible pour les autres de les encourager à essayer.

Selon la théorie quantique, l'espace vide est rempli de particules virtuelles qui pulsent entre l'être et le non-être. Ils sont également complètement indétectables - à moins que nous ayons quelque chose de puissant pour les trouver.

"Habituellement, quand les gens parlent de vide, ils veulent dire quelque chose qui est complètement vide", a déclaré le physicien théoricien Mattias Marklund de l'Université de technologie Chalmers de Göteborg, en Suède, dans le numéro de janvier de NewScientist.

Il s'avère que le laser peut montrer qu'il n'est pas si vide du tout.

Électron au sens statistique

Les particules virtuelles sont un concept mathématique des théories quantiques des champs. Ce sont des particules physiques qui manifestent leur présence par des interactions, mais violent le principe de la coquille de la masse.

Des particules virtuelles apparaissent dans les œuvres de Richard Feynman. Selon sa théorie, chaque particule physique est en fait un conglomérat de particules virtuelles. Un électron physique est en fait un électron virtuel émettant des photons virtuels, qui se désintègrent en paires électron-positon virtuels, qui à leur tour interagissent avec des photons virtuels - et ainsi de suite à l'infini. L'électron "physique" est un processus continu d'interaction entre des électrons virtuels, des positrons, des photons et éventuellement d'autres particules. La "réalité" d'un électron est un concept statistique. Il est impossible de dire quelle partie de cet ensemble est vraiment réelle. On sait seulement que la somme des charges de toutes ces particules donne la charge de l'électron (c'est-à-dire, pour faire simple, il doit y avoir un électron virtuel de plus qu'il n'y a de positrons virtuels) et que la somme des masses de toutes les particules créent la masse de l'électron.

Des paires électron-positon se forment dans le vide. Toute particule chargée positivement, par exemple un proton, attirera ces électrons virtuels et repoussera les positrons (à l'aide de photons virtuels). Ce phénomène est appelé polarisation du vide. Paires électron-positon entraînées en rotation par un proton

ils forment de petits dipôles qui modifient le champ du proton avec leur champ électrique. La charge électrique du proton que nous mesurons n'est donc pas celle du proton lui-même, mais de l'ensemble du système, y compris les paires virtuelles.

Un laser dans le vide

La raison pour laquelle nous croyons que les particules virtuelles existent remonte aux fondements de l'électrodynamique quantique (QED), une branche de la physique qui tente d'expliquer l'interaction des photons avec les électrons. Depuis que cette théorie a été développée dans les années 30, les physiciens se demandent comment traiter le problème des particules mathématiquement nécessaires mais qui ne peuvent être vues, entendues ou ressenties.

La CQFD montre que théoriquement, si l'on crée un champ électrique suffisamment fort, alors les électrons virtuels d'accompagnement (ou constituant un conglomérat statistique appelé électron) révéleront leur présence et il sera possible de les détecter. L'énergie nécessaire pour cela doit atteindre et dépasser la limite dite de Schwinger, au-delà de laquelle, au sens figuré, le vide perd ses propriétés classiques et cesse d'être "vide". Pourquoi n'est-ce pas si simple ? Selon les hypothèses, la quantité d'énergie requise doit être égale à l'énergie totale produite par toutes les centrales électriques du monde - un autre milliard de fois.

La chose semble hors de notre portée. En fait, pas nécessairement si l'on utilise la technique laser des impulsions optiques ultra-courtes et de haute intensité, développée dans les années 80 par les lauréats du prix Nobel de l'année dernière, Gérard Mourou et Donna Strickland. Mourou lui-même a déclaré ouvertement que les puissances en giga, téra et même pétawatts obtenues dans ces supershots laser créent une opportunité de briser le vide. Ses concepts ont été incarnés dans le projet Extreme Light Infrastructure (ELI), soutenu par des fonds européens et développé en Roumanie. Il y a deux lasers de 10 pétawatts près de Bucarest que les scientifiques veulent utiliser pour dépasser la limite de Schwinger.

Cependant, même si nous parvenons à briser les limites énergétiques, le résultat - et ce qui finira par apparaître aux yeux des physiciens - reste très incertain. Dans le cas des particules virtuelles, la méthodologie de recherche commence à échouer et les calculs n'ont plus de sens. Un simple calcul montre également que les deux lasers ELI génèrent trop peu d'énergie. Même quatre forfaits combinés sont encore 10 XNUMX fois moins que nécessaire. Cependant, les scientifiques ne sont pas découragés par cela, car ils considèrent cette limite magique non pas comme une frontière ponctuelle nette, mais comme une zone de changement progressif. Ils espèrent donc des effets virtuels même avec de plus petites doses d'énergie.

Les chercheurs ont diverses idées sur la façon de renforcer les faisceaux laser. L'un d'eux est le concept plutôt exotique de miroirs réfléchissants et amplificateurs qui se déplacent à la vitesse de la lumière. D'autres idées incluent l'amplification des faisceaux en faisant entrer en collision des faisceaux de photons avec des faisceaux d'électrons ou des faisceaux laser en collision, ce que les scientifiques du centre de recherche Chinese Station of Extreme Light à Shanghai voudraient réaliser. Un grand collisionneur de photons ou d'électrons est un concept nouveau et intéressant qui mérite d'être observé.