Ce casse-tête de physique a collé des scientifiques de fiction, mais de vrais chercheurs viennent de le résoudre

Quand la réalité dépasse la fiction télévisée

C’est le genre d’histoire qui fait sourire, surtout si vous êtes fan de sitcoms américaines. Vous vous souvenez peut-être de ce moment où Sheldon Cooper, le génie (parfois insupportable, avouons-le) de la série The Big Bang Theory, a jeté l’éponge face à une théorie qu’il jugeait impossible. Eh bien, figurez-vous que la réalité vient de rattraper la fiction. Des particules hypothétiques exotiques, connues sous le nom d’axions, pourraient potentiellement être produites à l’intérieur d’un réacteur nucléaire.

Dans un article publié initialement par Elizabeth Rayne le 7 janvier 2026 à 8h00 EST, on découvre comment la science a franchi un cap là où nos héros de télévision avaient échoué. C’est fascinant de voir comment des concepts purement théoriques finissent par trouver un chemin vers le concret. Ce que Sheldon pensait irréalisable — la détection de ces particules via un réacteur de fusion — est devenu une piste sérieuse pour de vrais physiciens. On parle ici de candidats potentiels pour expliquer la matière noire, rien que ça.

L’échec de Pasadena contre la réussite de Cincinnati

Il aura fallu trois épisodes entiers à essayer de donner un sens à un casse-tête de physique particulièrement coriace avant que Sheldon Cooper et Leonard Hofstadter ne finissent par abandonner. Je revois encore ce visage triste qu’ils avaient dessiné sur le tableau blanc, juste en dessous de leurs travaux… C’était leur réponse désespérée à une équation et un diagramme tentant d’expliquer comment les axions sont générés. Leur conclusion ? Leur réacteur de fusion ne s’approcherait jamais, même de loin, de la détection de ces particules insaisissables.

Mais là où les personnages ont laissé tomber, le monde réel a pris le relais. Ce que la fiction a délaissé a été repris par le physicien théoricien Jure Zupan de l’Université de Cincinnati et son équipe de chercheurs. Et ils ne sont pas tout seuls dans cette aventure : ils collaborent avec le Laboratoire National Fermi, le MIT (Massachusetts Institute of Technology) et le Technion–Institut de technologie d’Israël.

Zupan a déclaré dans une étude récemment publiée dans le Journal of High Energy Physics : « Les réacteurs de fusion fourniront une nouvelle voie prometteuse pour sonder la lumière [particules exotiques] ». Il ajoute un détail technique assez croustillant : « Ces particules peuvent être produites dans le manteau des réacteurs de fusion via des transitions nucléaires exotiques déclenchées par le flux intense de neutrons émis depuis le volume interne du réacteur ».

La traque de la matière noire et le mystère des axions

Alors, c’est quoi exactement ces axions dont on parle ? Pour l’instant, ils n’ont pas encore été formellement identifiés. Ce sont des particules hypothétiques, initialement théorisées pour expliquer pourquoi certaines réactions subatomiques ne se déroulaient pas comme prévu. Le problème central touchait à ce qu’on appelle la symétrie de translation temporelle. En gros — si je simplifie un peu — cela signifie que les lois de la physique devraient rester les mêmes lorsqu’un objet se déplace dans le temps. Si c’était vrai, les particules devraient se comporter de la même manière, que le temps avance ou recule.

Cependant, peu après la découverte de réactions asymétriques dans le temps, les astronomes ont réalisé que des objets visibles dans le cosmos interagissaient avec « quelque chose » d’invisible. Quelque chose qui n’émettait ni n’absorbait de lumière. Ce truc mystérieux, c’est ce qu’on appelle aujourd’hui la matière noire, et on pense qu’elle constitue environ 84 % de la matière de l’univers. Comme son nom l’indique, elle est très difficile à saisir (c’est le moins qu’on puisse dire), et traquer ses particules constitutives a longtemps été considéré comme impossible, même dans les réacteurs à la plus haute énergie que nous puissions construire.

Deux mécanismes pour l’impossible : Lithium et Rayonnement de freinage

Mais revenons à nos physiciens réels. Là où l’équipe fictive a échoué, Zupan et son équipe ont trouvé non pas une, mais deux manières possibles par lesquelles un réacteur de fusion pourrait générer des axions. Le réacteur qu’ils ont en tête, alimenté au deutérium et au tritium, est encore en cours de développement, mais les perspectives sont là.

Premièrement, il y a le lithium tapissant la cuve du réacteur. Ce matériau pourrait entraîner des interactions entre les neutrons et la matière dans la paroi, ce qui pourrait (du moins, en théorie) créer des particules de matière noire comme les axions. Deuxièmement, il y a ce processus fascinant appelé bremsstrahlung, ou « rayonnement de freinage ». Des particules chargées rapides, comme les protons et les neutrons, pourraient entrer en collision avec d’autres particules et libérer de l’énergie. En ralentissant soudainement, ces protons et neutrons peuvent finir par produire des particules exotiques.

« Les deux mécanismes de production peuvent créer un flux détectable de particules [exotiques] juste à l’extérieur des parois du réacteur, même si les particules [exotiques] interagissent très faiblement », a précisé Zupan. Son équipe a estimé le flux qui pourrait émerger de ces mécanismes, tout en restant cohérent avec les contraintes actuelles, et a évalué la portée des méthodes de détection possibles.

Finalement, même s’ils n’ont pas pu mener leur travail à terme, Sheldon et Leonard tenaient quelque chose. Certes, le Soleil a de bien meilleures chances de créer des particules de matière noire grâce à sa puissance phénoménale, mais cela ne signifie pas que ces particules ne peuvent pas être créées sur Terre. Peut-être que l’équipe de Zupan (ou une autre équipe travaillant avec l’un de ces réacteurs) sera bientôt celle qui criera « Bazinga ! ».

Selon la source : popularmechanics.com

Ce contenu a été créé avec l’aide de l’IA.