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La fusion contrôlée est le graal des physiciensphysiciens qui s'intéressent aux sources d'énergie du XXIe siècle. Elle nous permettrait en effet de réaliser une transition énergétiquetransition énergétique à la hauteur des défis du changement climatiquechangement climatique. Ce dernier nous impose de décarboner massivement nos industries alors que nous devons assurer les besoins d'une population humaine toujours en croissance. Existe-t-il des sources d'énergie qui pourraient nous permettre de faire encore mieux ?
On pourrait le croire à l'annonce d'une découverte qui vient d'être publiée par des physiciens dans un article déposé sur arXiv. Ces derniers ont trouvé une réaction entre particules élémentaires qui produit presque huit fois plus d'énergie qu'une réaction de fusion comme celle du deutérium avec le tritium envisagée pour les expériences du programme IterIter (rappelons que ce réacteur thermonucléaire n'est pas destiné à être le prototype d'un réacteur de production industrielle d'électricité mais un laboratoire pour la physique et l'ingénierie d'un tel réacteur).
La réaction nouvellement découverte est certainement supérieure en gain d'énergie à la fusion des bombes H, par exemple celles qui utilisent un mélange de deutérium et de lithiumlithium pour finalement faire fusionner du deutérium avec du tritium, produit indirectement.
Un documentaire sur la première vraie bombe H russe. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en russe devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © atomicarchive
Un baryon Xi particulier
Les deux chercheurs ont fait leur découverte en étudiant de plus près la physique découlant de l'existence, récemment confirmée par le LHC, d'un baryonbaryon Xi bien particulier. Celui-ci contient trois quarksquarks :
- deux quarks charmésquarks charmés (quarks c) ;
- un quark hautquark haut (quark up, ou u, en anglais).
Chacun de ces quarks porteporte une charge valant deux tiers de la charge élémentaire d'un électronélectron. Cet hadronhadron est donc quelque peu exotiqueexotique puisque sa charge est deux fois celle d'un protonproton et qu'il contient deux quarks lourds charmés, d'où sa désignation technique : Ξcc++.
Il peut être produit à l'aide d'un baryon formé d'un quark u, d'un quark dquark d et, enfin, d'un quark charmé c, c'est-à-dire un hypéron lambda c (Λc). Deux de ces hypérons entrant en collision conduisent alors à une réaction équivalente à la fusion des quarks charmés. En remplaçant les quarks charmés par des quarks b, on peut montrer qu'alors que la fusion du tritium et du deutérium produit 17,6 MeV, la fusion de deux hypérons lambda b libère 138 MeV.
Des bombes à quarks aux étoiles à quarks
Lorsqu'il fit cette découverte, le physicien Marek Karliner, alors en poste à l'université de Tel Aviv, fut un peu effrayé. D'ailleurs, il ne se serait certainement pas lancé dans une publication s'il pensait que cela pouvait avoir une applicationapplication militaire sous forme de bombe à quarks. Mais le chercheur savait bien que les hypérons lambda ne peuvent être produits qu'en quantités infinitésimales, et seulement avec de grands accélérateurs comme le LHCLHC. Ces particules sont très instables et ne peuvent donc pas être stockées. Penser qu'il soit possible d'obtenir des bombes d'un nouveau genre surpassant les bombes H avec les hypérons lambda serait utopique, plus encore que de croire que cela soit réalisable en utilisant de l'antimatièreantimatière, elle aussi très difficile à produire et à conserver en laboratoire.
Toutefois, peut-être que ce nouveau type de réaction produisant de l'énergie va intéresser quelques astrophysiciensastrophysiciens travaillant dans le domaine des étoiles à neutronsétoiles à neutrons. Après tout, certains ont proposé, il y a quelques années, le concept d'étoiles à quarks, tirant leur énergie de la « combustioncombustion » de quarks dans le cadre du modèle électrofaible.
Ce qu’il faut
retenir
- Des baryons composés de quarks seraient capables de donner l'analogue des réactions de fusion thermonucléaire faisant briller les étoiles et exploser les bombes H.
- Ces réactions libéreraient même plus d'énergie.
- Les baryons en question sont des particules fugacement produites par un accélérateur comme le LHC. Celles-ci sont trop difficiles à produire et trop instables pour permettre la fabrication de bombes à quarks.
