L'antimatière révolutionnera-t-elle les voyages spatiaux ?

Des chercheurs américains viennent de découvrir une méthode étonnamment efficace pour produire de l'AntimatièreL\'antimatière est une forme "miroir" de la matière. Elle a été prédite en 1931 par Paul Dirac à partir de l\'équation qu\'il a découverte presque par des considérations purement mathématiques et esthétiques en cherchant une forme relativiste pour l\'équation de Schrödinger des électrons....');" onmouseout="killlink()">antimatière en grande quantité. Un faisceau LaserDispositif qui amplifie la lumière et la rassemble en un étroit faisceau, dit cohérent, où ondes et photons associés se propagent en phase, au lieu d\'être arbitrairement distribués. Cette propriété rend la lumière laser extrêmement directionnelle et d\'une grande pureté spectrale.
Appareil...');" onmouseout="killlink()">laser bombardant une cible en or provoque en effet la création de milliards de PositronLe positron est l\'antiparticule de l\'électron prédite en 1928 par Paul Dirac. Elle fut découverte en 1932 dans les rayons cosmiques par Carl David Anderson.

Carl Anderson devant une expérience (Crédits : Universe-review).
Les positrons sont par exemple produits par la radioactivité bêta +,...');" onmouseout="killlink()">positrons. Si elle est un jour appliquée à un système de propulsion, cette technique réduirait à quelques mois le voyage vers Mars...

A la fin des années 1990, les chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) étudiaient les applications possibles du laser Petawatt, notamment pour la fusion contrôlée par confinement inertiel. L'une des expériences consistait à soumettre à des impulsions laser une cible en or de l'épaisseur d'une feuille de papier. Les ÉlectronUn électron est un lepton. C\'est un des constituants de l\'atome, avec les nucléons. Il a une charge électrique négative de -1,6 10-19C, qui est la charge électrique élémentaire (on dit donc que sa charge est -1). Sa masse est de 9,1 10-31kg, soit 0,511MeV.');" onmouseout="killlink()">électrons arrachés aux AtomeConstituant fondamental de la matière. Un corps constitué d\'atomes de même espèce est appelé corps simple ou élément chimique.

Composition:
- un noyau de nucléons : protons et neutrons concentrant pratiquement toute la masse de l\'atome,
- des électrons minuscules, orbitant très...');" onmouseout="killlink()">atomes étaient en même TempsGrandeur physique continue permettant de situer la succession des événements dans un référentiel donné. L\'Unité S.I. est la seconde.');" onmouseout="killlink()">temps accélérés par le faisceau laser à des énergies de plus de 100 MeV avant d'être freinés par le champ électrostatique des noyaux d'or. Il en résultait alors naturellement la production de rayons gamma par le processus bien connu de Bremsstrahlung, le rayonnement de freinage.

A la surprise des physiciens, des positrons, les AntiparticuleParticule élémentaire possédant la même masse et le même spin qu\'une particule de matière à laquelle elle est associée, avec une charge de même valeur mais de signe opposé. Le positron et l\'antiproton sont par exemple les antiparticules de l\'électron et du proton (voir antimatière).');" onmouseout="killlink()">antiparticules des électrons furent détectées en assez grand nombre. En fait, l'énergie des rayons gamma était telle que des paires d'électron-positron apparaissaient, toujours au voisinage des noyaux d'or.

Le laser Petawatt n'existe plus aujourd'hui mais l'un de ses successeurs, le laser Jupiter, vient d'être utilisé par Hui Chen et ses collègues pour bombarder cette fois une feuille d'or épaisse d'un millimètre. D'après des simulations préalablement effectuées sur ordinateur, la production de positrons devait être sensiblement augmentée.

Alors que la première expérience avait permis de détecter une centaine de positrons, les physiciens en ont cette fois-ci détectés un million. Or, dans les deux cas, il ne s'agissait que d'un échantillonnage, ce qui signifie que dans la nouvelle expérience, c'est en réalité cent milliards de positrons environ qui ont été produits !

Une vue d'artiste d'un projet de vaisseau avec propulsion à antimatière.

Seize milligrammes de carburant pour un aller et retour entre la Terre et Mars

On ne peut s'empêcher de rêver et d'y voir l'une des clés de la propulsion interplanétaire. Un tel mode de propulsion permettrait par exemple de se rendre sur Mars en quelques mois seulement, contre environ deux ans pour l'aller et le retour avec les techniques actuelles, ce qui diminuerait les risques d'irradiation par des éruptions solaires pour les explorateurs. En effet, plus on éjecte vite de la matière, ou des particules, plus il est possible d'atteindre des grandes vitesses avec une masse de carburant faible. Ejecter des particules à la vitesse de la LumièreRayonnement électromagnétique dont les longueurs d\'onde s\'échelonnent d\'environ 10-6 m (infrarouge) à 10-9 m (ultraviolet). La lumière est représentée par des ondes électromagnétiques ou par des photons, selon la dualité onde-corpuscule. Elle se propage dans le vide à la vitesse c de 3 * 108 m*s-1,...');" onmouseout="killlink()">lumière ou presque serait donc la solution idéale minimisant tout à la fois les temps de voyage et la taille des vaisseaux.

Pour se rendre compte à quel point cela est vrai on peut estimer qu'un vaisseau spatial de 100 tonnes à propulsion photonique, avec des PhotonParticule élémentaire (quantum) de la lumière. Un photon est un boson.
Le nom photon vient du grec et signifie "lumière". En effet, le photon transmet l\'interaction électromagnétique, la lumière étant un exemple d\'onde électromagnétique.');" onmouseout="killlink()">photons gamma résultant de l'annihilation de particules de matière et d'antimatière, ne nécessiterait que 4 milligrammes d'antimatière (plus 4 mg de matière...) pour un aller simple sur Mars ! Qu'on ne s'y trompe pas toutefois. Produire cette petite quantité d'antimatière nécessite une énergie colossale et il est douteux qu'un engin quitte la Terre avec une telle bombe à bord. Si dans une trentaine d'années la propulsion à antimatière devient possible, ce sera peut-être en utilisant un laser pour générer des positrons à bord d'un vaisseau spatial selon le processus aujourd'hui découvert par les chercheurs.

Lorsqu'il avait découvert son équation relativiste de l'électron par des considérations presque de pure mathématique et basées sur une intuition esthétique platonicienne, le physicien Paul Dirac avait dit d'elle : « elle est plus savante que moi ».

Il faisait implicitement référence au fait que cette équation contenait des solutions inattendues pour lui à énergies négatives, qu'il ne tarda pas à interpréter comme des particules d'antimatière à énergie positive.

La théorie de la propulsion à antimatière fait bien évidemment usage de cette équation, il se pourrait donc bien que dans un avenir proche, une fois de plus, des considérations tirées de recherches théoriques pures sans aucun objectif pratique aient des répercussions technologiques déterminantes et imprévues.