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Voyage de photons dans l'univers : pourquoi les rayons gamma à haute énergie sont-ils flous entre les étoiles ?
Dans l'univers sans fin, le voyage du photon est plein de mystères et de défis. Lorsque nous observons le ciel nocturne, de grandes planètes et des galaxies scintillent au loin. Pourquoi la lumière de ces points lumineux change-t-elle avec la distance ? En particulier, le flou et l’atténuation des rayons gamma de haute énergie dans l’espace interstellaire ont attiré l’attention des astronomes et des physiciens.
L'énergie des rayons gamma devient floue à mesure que la distance augmente. En plus des effets de diffusion et d'absorption, des interactions entre photons sont également impliquées.
Les rayons gamma sont la forme la plus énergétique du rayonnement électromagnétique et, lorsqu'ils traversent l'univers, ils interagissent avec un arrière-plan de photons de plus faible énergie, un processus qui atténue les rayons gamma de haute énergie. Le processus est similaire à la conduite dans le brouillard, où les choses semblent plus claires de près, mais deviennent de plus en plus floues à mesure que vous vous éloignez.
Selon les dernières recherches, ce phénomène de flou devient plus évident lorsque l'énergie des rayons gamma dépasse 20 GeV. À mesure que la distance augmente, la probabilité de diffusion des rayons gamma par les photons de fond augmente considérablement, entraînant une diminution de leur énergie et leur disparition éventuelle. De tels phénomènes révèlent la relation complexe entre l’énergie et la matière dans l’univers.
L'interaction entre les photons gamma de haute énergie et les photons de fond de plus faible énergie peut conduire à la création de particules, telles que la formation de paires électron-positon.
Ces interactions réduisent non seulement le nombre de rayons gamma de haute énergie, mais rendent également l’univers « opaque » aux photons de haute énergie. L’émergence de cette opacité nous fait réfléchir à la quantité d’énergie inobservée qui existe dans ce vaste espace ?
L'interaction dite « photon-photon » est en réalité un sujet important en physique cosmologique. Pour mieux comprendre ces interactions, les scientifiques ont utilisé des accélérateurs de particules à haute énergie pour mener un grand nombre d’expériences. Il s’agit notamment des expériences sur les rayons gamma menées au Grand collisionneur électron-positon (LEP) du CERN, qui révèlent la structure interne des photons et la manière dont ils interagissent les uns avec les autres.
L’étude des rayons gamma nous aide non seulement à comprendre la lumière elle-même, mais nous permet également d’avoir une compréhension plus approfondie de l’origine et de l’évolution de l’univers.
En plus des recherches sur les accélérateurs, la diffusion lumière-lumière a également été récemment observée dans des expériences au Grand collisionneur de hadrons (LHC). Les interactions entre photons deviennent plus prononcées grâce aux champs électromagnétiques puissants générés par les collisions avec les baryons. Il ne s’agit pas seulement d’un défi pour la physique fondamentale, cela pourrait également nous fournir des preuves de l’existence de nouvelles formes de matière.
Du point de vue de l'électrodynamique quantique, les photons ne peuvent pas interagir directement les uns avec les autres, mais peuvent interagir indirectement via des processus d'ordre supérieur ou des paires de particules virtuelles. Ce processus révèle les propriétés exotiques qui peuvent exister dans les photons, dont certaines impliquent même la formation de quarks et d’antiquarks, rendant l’étude des rayons gamma de plus en plus complexe.
Les recherches futures pourraient modifier notre compréhension fondamentale de la matière et de l’énergie, et même redéfinir les lois qui régissent l’univers.
À mesure que la technologie progresse, les scientifiques continuent d’explorer les sources de ces rayons gamma à haute énergie et leur comportement lorsqu’ils voyagent dans l’univers. Peut-être que dans un avenir proche, nous pourrons découvrir davantage de secrets derrière les voyages de ces photons, et même découvrir de nouveaux phénomènes cachés dans le vaste ciel étoilé de l’univers.
Au milieu de cette vague d’exploration de la physique et de l’univers, nous ne pouvons nous empêcher de nous demander : quelles histoires et quels secrets les photons transportent-ils lorsqu’ils voyagent entre les étoiles ?
