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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 positronpositron. En 2005, lui et son équipe ont annoncé avoir probablement synthétisé des moléculesmolécules de positronium. La possibilité théorique d'une telle synthèse avec des faisceaux de positrons envoyés sur la surface d'un cristal de quartzquartz ouvrirait la voie à de nombreuses applicationsapplications pratiques de l'antimatièreantimatière, comme un laserlaser à rayon gammarayon gamma, moins encombrant et moins gourmand en énergieénergie pour réaliser la fusionfusion 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 photonsphotons gamma. La production de positrons en accélérateur est coûteuse en énergie, mais il existe des sources naturelles, comme les atomes de sodiumsodium 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 CDCD. La transmission de cette musique s'effectue de la même manière que par l'intermédiaire d'ondes radio, sauf qu'ici, la fréquencefréquence 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 électroniquemicroscope 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 superfluidesuperfluide de positronium. Grâce à ce dernier, un laser à rayons gamma serait alors facilement réalisable.
