Créer matière et antimatière à partir du vide... et d'énergie

D'après les calculs menés par des physiciens de l'Université de Graz, en collaboration avec un physicien d'Iéna en Allemagne, un champ électrique de l'ordre du trillion (milliard de milliards, 10 puissance 18) de volts par mètre créerait des paires de particules et d'antiparticules à partir du vide. Des lasers haute puissance en construction en Allemagne et en République Tchèque devraient permettre d'atteindre ces valeurs à partir de 2015 - et par conséquent de tester ces prédictions.

Le vide quantique n'est pas vide

Dans le cadre des théories quantiques, la notion de vide ne recouvre pas celle de l'absence de toute matière, de toute énergie et de tout champ: il ne s'agit en effet que d'un état d'énergie minimal, qui se décrit par des fluctuations complexes de différents champs ; et cet état minimal, en situation d'équilibre, ne peut pas se désintégrer vers un état d'énergie encore plus basse.

La théorie quantique des champs prévoit que si l'on applique un champ - par exemple électrique - suffisamment intense à cet état de "vide", il se produit un ensemble de créations spontanées de paires de particules - antiparticules. Or pour atteindre ce résultat, les calculs montrent qu'il faut un champ électrique de l'ordre du trillion de volts par mètre - là où les éclairs les plus puissants atteignent environ 200.000 volts par mètre. Mais deux installations en construction doivent permettre d'atteindre de telles valeurs - même si ce n'est que dans un petit espace et pour une courte période temporelle: il s'agit du laser à rayons X XFEL, localisé à Hambourg en Allemagne, et l'Extreme Light Infrastructure, situé en République Tchèque. Tous deux sont prévus pour entrer en service en 2015. Les expériences menées dans ces infrastructures permettront a priori de créer des paires d'électrons et de positrons (antiélectrons), dont les caractéristiques sont prédites par les calculs des physiciens.

Les premières études théoriques de ce phénomène de création spontanée relèvent d'un physicien autrichien, Fritz Sauter, en 1931. Mais c'est l'Américain Julian Schwinger qui a pu en premier décrire élégamment ce phénomène dans les années 1950.