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L'antimatière, l'adversaire de l'électron : comment le positon a-t-il été découvert ?
Dans le monde fascinant de la physique quantique, les positons, des particules d’antimatière chargées positivement, sont l’opposé des électrons. Depuis la découverte du premier positon en 1932, cette découverte importante a non seulement ouvert un tout nouveau chapitre de la physique des particules, mais a également de profondes implications pour notre compréhension de la composition de l’univers.
Origines de la théorie
La base théorique des positons remonte à l’équation de Dirac proposée par Paul Dirac en 1928. Cette équation combine la mécanique quantique avec la relativité et le concept de spin électronique, et explique l'effet Zemann. Bien que l'article de Dirac n'ait pas explicitement prédit une nouvelle particule, le schéma offrait la possibilité de deux solutions pour l'électron ayant des énergies positives et négatives.
Dirac a déclaré dans son article ultérieur : « ... un électron avec une énergie négative se déplace dans un champ électromagnétique externe comme s'il avait une charge positive. »
Le modèle de Dirac a suscité un débat avec des chercheurs tels que Constantin Oppenheimer, qui s'opposait à l'hypothèse selon laquelle le proton était un électron à énergie négative. En 1931, Dirac a prédit de manière créative une particule inconnue, l'« antiélectron », que nous avons appelé plus tard le positon. Au fil du temps, divers physiciens ont proposé des théories considérant les positons comme des électrons voyageant dans le temps inverse, et ces théories ont finalement été largement acceptées.
Indices et découvertes expérimentales
Au début de l'exploration du positon, certains chercheurs affirmaient que Dmitri Skobelts avait été le premier à découvrir le positon grâce à une observation minutieuse. Bien que les résultats expérimentaux de 1913 aient montré que des particules se courbaient dans des directions opposées dans un champ magnétique, il était lui-même sceptique quant à la découverte des positons lors d'une conférence de 1928.
Skobelts a souligné que ces premières affirmations n'étaient « que de pures absurdités ».
La découverte du positon a finalement été confirmée en 1932 par Carl David Anderson alors qu'il menait des recherches sur les rayons cosmiques. Il a utilisé les caractéristiques du champ magnétique pour analyser plus en détail les rayons cosmiques et a identifié avec succès l’existence de positons. Anderson a remporté le prix Nobel de physique en 1936 pour cela. Il convient de noter qu’Anderson n’a pas inventé le terme « positon », mais a accepté la suggestion des éditeurs de Physical Review.
Présence naturelle et observation
Les positons sont produits naturellement lors des processus de désintégration radioactive tels que la désintégration bêta+ et par l'interaction des rayons gamma avec la matière. Les positons et les neutrinos sont produits naturellement lors de la désintégration de certains atomes lourds, comme le potassium 40. Des positons ont également été observés dans les éclairs de rayons gamma provenant des nuages d'orage, selon une étude réalisée en 2011 par l'American Astronomical Society.
Génération artificielle et applications
Aujourd’hui, les physiciens ont établi une variété de méthodes pour produire artificiellement des positons. Le laboratoire national Lawrence Liverpool en Californie a utilisé des lasers ultra-intenses pour irradier des cibles métalliques, générant plus de 10 milliards de positons. En outre, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) et l’Université d’Oxford ont également montré qu’ils avaient réussi à produire des dizaines de milliards de paires électron-positon lors d’expériences.
Ces expériences supplémentaires nous aideront non seulement à comprendre les phénomènes physiques dans les environnements astronomiques extrêmes, mais favoriseront également une exploration plus approfondie de la recherche sur l’antimatière.
Parmi les technologies d’imagerie médicale actuelles, des techniques telles que la tomographie par émission de positons (TEP) sont largement utilisées pour le diagnostic des tumeurs et l’observation de l’absorption de carburant des maladies internes. Que ce soit en physique fondamentale ou en sciences appliquées, la découverte du positon marque une étape petite mais significative dans la compréhension par l’humanité du monde des particules.
Avec les progrès de la science et de la technologie, l'application et la recherche sur les positons continuent de s'approfondir. Cela apportera-t-il davantage de subversion et d'éclaircissement à notre vision de l'univers dans le futur ?
