Lundi prochain, pour le congrès de l’Acfas, François Fillion-Gourdeau, chercheur postdoctoral au Centre de recherches mathématiques (CRM), présentera une conférence intitulée « Nouveau mécanisme pour la production d’antimatière dans l’interaction laser-molécule ». Sa présentation s’insère dans le colloque « Science aux échelles de temps ultrarapides et applications », dans la section traitant des interactions laser-matière à ultrahaute intensité.

Si, pour François Fillion-Gourdeau, « plusieurs personnes travaillent sur la production d’antimatière, […] le fait d’utiliser l’effet Stark pour faire descendre l’énergie fondamentale plus bas, proche de la mer négative, ça n’a jamais été étudié. » M. Fillion-Gourdeau va donc exposer, dans une sorte de première mondiale, un modèle-jouet, « qui est un modèle simplifié d’un atome et d’un laser », à un public scientifique averti. « Ce qu’on veut montrer, soutient le chercheur, c’est que le processus peut être fait. »

La recherche qu’il mène, un mélange entre science des lasers et physique des particules, se fait sous la supervision d’André Dieter Bandrauk, de l’Université de Sherbrooke, et d’Emmanuel Lorin, de l’Université Carleton. Elle propose « d’utiliser un effet connu dans les molécules qui nous permet de créer des paires à des intensités accessibles avec les lasers qu’on a en ce moment ». Par « paire », François Fillion-Gourdeau précise qu’il s’agit d’un électron et d’un positron, qu’on retrouve toujours lors de la production d’antimatière.

L’idée générale de la recherche des Fillion-Gourdeau, Bandrauk et Lorin consiste à trouver le moyen de faire passer un électron d’une mer d’énergie à une autre. Une fois que l’électron a réussi à changer de mer, il laisse un trou dans celle qu’il vient de quitter. Ce trou aura une charge positive qu’on appelle « positron » ou « antiélectron ». La difficulté vient du fait qu’entre les deux mers d’énergie se trouvent « des énergies qui ne sont pas accessibles pour l’électron. […] Ce n’est pas un vide, mais il ne peut jamais avoir cette énergie-là. Et c’est pour ça que c’est difficile, parce que de monter ça [l’électron] en haut, ça prend beaucoup d’énergie », explique François Fillion-Gourdeau.

Donc, pour diminuer l’écart entre les deux mers, les chercheurs y insèrent, par exemple, un noyau d’uranium. « Quand on fait ça, il y a des choses nouvelles qui apparaissent », précise M. Fillion-Gourdeau. Là où l’équipe se démarque, c’est qu’elle propose de mettre deux atomes au lieu d’un seul. Ainsi, l’effet Stark, qui se produit par l’effet d’un champ électromagnétique, réduit encore plus l’énergie nécessaire pour que l’électron puisse passer d’une mer à l’autre. « Et, dans le fond, même si on est capable de le [l’électron] faire descendre vraiment dans la mer négative, on va produire des paires ! C’est un peu ça, l’idée », conclut le chercheur.

Application concrète

La recherche que mène François Fillion-Gourdeau au CRM est principalement théorique. Dans l’immédiat, la tester en laboratoire serait pratiquement impossible puisque les lasers, pour produire l’énergie requise pour la production de l’antimatière et des paires, ne sont pas assez puissants. Ce qui explique le travail qu’il fait pour développer « un mécanisme qui permettrait de produire ces paires-là, mais à des intensités de laser beaucoup plus basses, qui sont proches de ce qui pourrait être fait expérimentalement ».

Mais, concrètement, qu’est-ce que cela donne ? D’abord, « à court terme, souligne M. Fillion-Gourdeau, c’est de vérifier si nos théories sont bonnes ». Puis, une fois les paires produites et les théories validées, « ce qu’on peut faire, c’est prendre notre électron et notre antiélectron et les annihiler, donc les coller ensemble. Et ce que ça fait, c’est que ça produit du rayonnement, donc de la lumière. Donc, peut-être que, ultérieurement, il y aurait des applications pour la lumière qui est émise par ça. »

Le but ultime de ces travaux, « ce serait vraiment de faire un vrai calcul pour une vraie molécule avec un vrai champ laser, avance M. Fillion-Gourdeau. Mais, pour ça, ça nécessite beaucoup de calculs sur des ordinateurs et tout ça, mais on n’est pas encore au point de faire ça. On n’est pas trop loin, mais on n’est pas encore là. »

François Fillion-Gourdeau en est présentement à faire le calcul du nombre de paires produites : « Là, on aurait vraiment un argument plus solide pour dire que ça, ça produit vraiment beaucoup de paires par rapport à d’autres façons », soutient-il. Cette partie sera-t-elle assez avancée pour être dans sa présentation ? Il faudra y assister pour le savoir.

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Collaboratrice