Language
Country/Area
No result found
L’origine mystérieuse du positon : pourquoi la prédiction de Dirac en 1928 a-t-elle révolutionné la communauté scientifique ?
En 1928, le physicien britannique Paul Dirac a proposé une théorie qui a non seulement changé le paysage de la physique des particules, mais a également eu un impact profond sur le développement de la mécanique quantique. Dans cet article, il introduit l'équation de Dirac, qui nous permet désormais de comprendre que les électrons ont non seulement des solutions d'énergie négative, mais peuvent également avoir des solutions d'énergie positive. L’impact ultérieur de cette découverte a finalement conduit à la prédiction de l’antiélectron, ou positon.
Un positon est l'antiparticule d'un électron, avec la même masse et le même spin mais une charge de +1e. Lorsqu'il entre en collision avec un électron, une réaction d'annihilation se produit.
Fondements théoriques
La naissance de l’équation de Dirac est une unification historique de la mécanique quantique et de la relativité restreinte. Lorsque Dirac a trouvé la solution pour l’énergie négative, il n’a pas immédiatement tiré de conclusion jusqu’à ce qu’il clarifie sa signification dans un article ultérieur en 1929. Il supposait que tous les états d’énergie négatifs étaient « remplis », ce qui signifie qu’il était impossible pour les électrons de sauter entre les états d’énergie positifs et négatifs à volonté. Cette hypothèse a également introduit une idée plus révolutionnaire : l’espace est un « océan » rempli d’électrons d’énergie négative.
Dirac a affirmé dans son article : « ... un électron avec une énergie négative se déplaçant dans un champ électromagnétique externe ressemble à un électron avec une charge positive. »
L'idée a suscité un débat académique qui a été contesté par des scientifiques d'Oppenheimer à Weill, fournissant des informations mathématiques importantes sur les prédictions des théories futures. Dans son article de 1931, Dirac prédit l'existence d'une particule appelée « antiélectron », qui possède la même masse qu'un électron mais une charge opposée. D'autres expériences prouvèrent la crédibilité de cette théorie et percèrent le mystère de l'antimatière.
L'aube de la découverte expérimentale
La découverte expérimentale du positon n’a pas été simple. Bien que Dmitri Skobeltsyne ait observé pour la première fois l’existence possible du positon en 1923, il n’a pas pu déterminer son identité. En 1932, Carl David Anderson a observé des particules chargées dans une chambre à brouillard qui se sont finalement avérées être des positons, une découverte qui lui a valu le prix Nobel de 1936. Il a découvert l'antiélectron en plaçant un champ magnétique à l'intérieur d'une chambre à brouillard pour discerner la charge des particules. Ce moment est considéré comme une étape importante dans la physique des particules et la recherche sur l’antimatière.
« La découverte de l’antiélectron m’a fait comprendre qu’il ne s’agissait pas seulement d’un concept théorique, mais d’une entité réelle qui existait dans la nature », a écrit Anderson.
Les positons dans la vie
Les positons n’existent pas seulement dans les laboratoires ; on les trouve également dans la nature. La désintégration bêta de certains isotopes radioactifs (comme le potassium 40) produit des positons, qui génèrent naturellement des positons dans le corps humain. Environ 4 000 positons par seconde meurent dans le corps humain et produisent des électrons par annihilation. Rayons gamma. Ce procédé est lié à l’utilisation médicale de la tomographie par émission de positons (TEP), qui aide les médecins à obtenir des images tridimensionnelles de l’activité métabolique d’un patient.
L'existence de positons dans l'univers
En plus d’être produits sur Terre, les recherches astronomiques montrent que les positons existent également dans l’univers. Des expériences menées par satellite ont permis d’observer des positons provenant de rayons cosmiques primordiaux, ce qui a suscité de nombreuses discussions sur l’origine de l’antimatière. Certains chercheurs ont suggéré que la génération de positons pourrait être liée à l’annihilation de la matière noire, ce qui pourrait approfondir notre compréhension de l’univers.
Les scientifiques émettent l’hypothèse que la source des positons pourrait provenir de l’interaction entre les rayons cosmiques et la matière noire, plutôt que de zones non détectées d’antimatière.
Production artificielle de positons et perspectives d'avenir
Avec les progrès de la technologie, les scientifiques ont commencé à pouvoir produire de grandes quantités de positons dans des environnements artificiels. Par exemple, au Laboratoire national Lawrence Liverpool aux États-Unis, les scientifiques ont utilisé de puissants lasers pour irradier une cible afin de produire plus de 100 milliards de positons. En outre, la recherche collaborative entre le CERN et l’Université d’Oxford a permis de réaliser une percée en produisant 10 000 milliards de paires électron-positon dans le cadre de l’expérience. Cette avancée ouvre une nouvelle voie pour étudier le comportement des particules dans les environnements extrêmes de l’Univers.
L’étude des positons est non seulement cruciale pour l’exploration de la physique fondamentale, mais ouvrira également des possibilités illimitées en imagerie médicale, en science des matériaux et en futures expériences en physique des particules. Alors que nous démêlons peu à peu le mystère du positon, peut-être nous demandons-nous aussi : combien de mystères non résolus y a-t-il dans cet océan d’antimatière qui n’attendent que nous pour être explorés ?
