Inaugurer l'avenir avec les lasers à rayons gamma

Pourrait-il exister d'autres univers, identiques ou différents du nôtre ? On ne le sait pas encore.  

Bien qu'il s'agisse d'un concept important dans le MCU, la théorie du multivers de Stephen Hawking, qui est un ensemble hypothétique de tous les univers avec leur propre espace, temps, matière, énergie et lois physiques, reste non prouvée, n'existant que dans le domaine du cinéma et de la physique théorique.

Ce dont nous avons besoin pour prouver l’existence, c’est d’un dispositif quantique. Il s’agit simplement d’un système qui utilise des effets mécaniques quantiques pour fonctionner, en s’appuyant sur le contrôle et la manipulation des interactions quantiques pour obtenir des fonctionnalités impossibles dans les systèmes classiques.

En physique, un quantum, la forme singulière de quanta, est la quantité minimale de toute entité physique. Par exemple, le quantum de lumière est un photon.

Maintenant, pour découvrir les mystères de l'univers, nous allons avoir besoin d’un dispositif quantique particulier : un laser à rayons gamma.

Ce dispositif hypothétique serait capable de produire des rayons gamma cohérents, à l'instar d'un laser ordinaire produisant des rayons cohérents de lumière visible. Un rayon gamma (symbole γ) est une forme pénétrante de rayonnement électromagnétique qui résulte d'interactions à haute énergie, comme la désintégration radioactive des noyaux atomiques. Il est également issu d'événements astronomiques comme les éruptions solaires. 

Les rayons gamma sont les ondes électromagnétiques de plus courte longueur d'onde, plus courtes que celles des rayons X. Leurs fréquences sont supérieures à 30 exahertz et leurs longueurs d'onde inférieures à 10 picomètres. Les photons gamma possèdent également l'énergie photonique la plus élevée de tous les rayonnements électromagnétiques.

Il y a quelques années, les scientifiques détecté les rayons gamma de la plus haute énergie jamais émis, 20 téraélectronvolts, soit environ dix mille milliards de fois l'énergie de la lumière visible, provenant d'une étoile morte appelée pulsar. 

À la fin de l’année dernière, les astrophysiciens capturé images d'éruptions de rayons gamma provenant du trou noir supermassif M87.

Source de l'image: Université de la Californie

Plus tôt cette année, une détection multi-capteurs d'un flash gamma intense a été élaboré observée lors de la collision de deux éclairs¹C'était la première fois qu'un flash gamma terrestre (TGF) était observé en synchronisation avec la décharge de la foudre.

Observés dans divers phénomènes cosmiques, les rayons gamma sont également activement étudiés et créés à travers des expériences spécifiques.

Expériences et études de faisabilité sur les lasers à rayons gamma

Les rayons gamma sont une forme de rayonnement électromagnétique à haute énergie qui sont très pénétrants et offrent plusieurs avantages.dans divers domaines. 

Ses applications potentielles incluent l’imagerie médicale, la propulsion des engins spatiaux, le traitement du canceret les voyages interstellaires. Compte tenu de ses vastes possibilités, des scientifiques du monde entier étudient la possibilité de fabriquer un laser gamma, ou laser à rayons gamma, capable de produire des rayons gamma cohérents. 

Des scientifiques de l'Université de Rochester ont reçu un financement fédéral pour faire cela, pour lequel ils sont étudier la faisabilité de sources de lumière cohérente.

Dans les années 1980, Gérard Mourou et Donna Strickland de l'Université de Rochester ont inventé amplification d'impulsion chirpée (CPA), une technique qui augmente la puissance de crête des lasers et qui a remporté le prix Nobel de physique en 2018. Cependant, le développement de lasers produisant des rayons gamma reste à faire. Pour y parvenir, des recherches sont en cours. les propriétés de cohérence du rayonnement émis lorsque des paquets denses d'électrons entrent en collision avec un champ laser puissant, ce qui les aidera à comprendre comment produire des rayons gamma cohérents.

"La capacité de produire des rayons gamma cohérents constituerait une révolution scientifique dans la création de nouveaux types de sources lumineuses, de la même manière que la découverte et le développement de sources de lumière visible et de rayons X ont changé notre compréhension fondamentale du monde atomique.

– L'enquêteur principal, Antonino Di Piazza et professeur de physique à l'Université

Pour étudier comment les électrons interagissent avec les lasers pour émettre une lumière à haute énergie, les chercheurs commenceront par examiner comment un ou deux électrons émettent de la lumière avant d'étudier des situations plus complexes avec de nombreux électrons pour produire des rayons gamma cohérents. 

"« Nous ne sommes pas les premiers scientifiques à avoir tenté de créer des rayons gamma de cette manière », a déclaré Di Piazza. à l'époque. "Mais nous le faisons en utilisant une théorie entièrement quantique – l’électrodynamique quantique – qui est une approche avancée pour résoudre ce problème."

Une autre approche pour développer des lasers à rayons gamma comprend l’excitation des isomères nucléaires. 

A document de recherche² Il y a quelques mois, une méthode a été présentée pour exciter les noyaux de certains isotopes et les amener à un état nucléaire de plus haute énergie. Grâce au bombardement neutronique, les noyaux isomères sont excités jusqu'à atteindre un état isomérique métastable avant de déclencher une émission stimulée de rayons gamma pour obtenir la cohérence du noyau.

Leur nouvelle méthode, « quelque peu non conventionnelle », vise à résoudre le « dilemme de Graser » en déplaçant le réseau cristallin pendant le bombardement de neutrons. 

"La technologie a le potentiel de créer des lasers extrêmement puissants qui peuvent être utilisés dans diverses applications, y compris les armes laser," a déclaré Yordan Katsarov du Département des équipements et technologies de l'aviation, qui fait partie de l'Académie de l'armée de l'air bulgare Georgi Benkovski.

Des scientifiques de l'Université du Colorado à Denver ont créé une puce qui pourrait un jour déverrouiller les lasers à rayons gamma.

Ce dispositif quantique révolutionnaire, suffisamment petit pour tenir dans la main, peut générer des champs électromagnétiques extrêmes, jusqu'alors réservés aux collisionneurs de particules massifs. De la taille d'un pouce, cette puce pourrait remplacer, dans un avenir proche, des collisionneurs de particules de plusieurs kilomètres de long et nous aider à percer les mystères de notre univers, à tester les théories du multivers et à créer de puissants lasers gamma pour détruire les cellules cancéreuses à l'échelle atomique, et permettre ainsi d'autres traitements médicaux révolutionnaires.

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Une petite puce rend les rêves de laser gamma accessibles

Publié dans Advanced Quantum Technologies, une revue couvrant la recherche théorique et expérimentale en sciences quantiques, matériaux et technologies, le dernière étude³ a été présenté sur la couverture du numéro de juin.

Comme l’a noté l’étude, le confinement nanométrique de l’énergie électromagnétique est possible en utilisant des plasmons.

Un plasmon est un quantum d'oscillation de plasma, qui est une oscillation rapide de la densité électronique dans les plasmas ou les métaux. Ces quasiparticules sont formées par des oscillations collectives du gaz d'électrons de la bande de conduction. 

Et « les plasmons extrêmes libèrent des possibilités inégalées, y compris l’accès à des champs sans précédent de l’ordre du pétavolt par mètre » (PV/m), qui sont des champs électriques extrêmement élevés, qui, selon l’étude, « ouvrent de nouvelles possibilités de grande envergure, notamment en physique des particules et en sciences des photons grâce au confinement nanométrique de l’énergie électromagnétique à grande échelle. »

Les chercheurs ont donc développé un modèle analytique de cette classe de plasmons basé sur un cadre cinétique quantique.

Cette dernière avancée a été réalisée à l'Université du Colorado à Denver dans le but de révolutionner notre compréhension de la physique et de la chimie.

« C’est très enthousiasmant car cette technologie ouvrira de nouveaux domaines d’études et aura un impact direct sur le monde. »

– Aakash Sahai, professeur adjoint de génie électrique à CU Denver

Sahai, avec Kalyan Tirumalasetty, un étudiant de son laboratoire qui travaille avec lui sur la technologie, se rapproche de la fourniture à la communauté scientifique d'un nouvel outil pour les aider à transformer la science-fiction en réalité.

« Par le passé, nous avons connu des avancées technologiques qui nous ont propulsés vers l'avant, comme la structure subatomique qui a conduit aux lasers, aux puces informatiques et aux LED. Cette innovation, qui est également basé sur la science des matériaux, va dans le même sens », a ajouté Sahai, titulaire d'un doctorat en physique des plasmas de Université Duke et une maîtrise en génie électrique de l'Université de Stanford.

Ce qui a été réalisé dans cette étude, il existe un moyen de créer des champs électromagnétiques extrêmes en laboratoire, ce qui était auparavant impossible.

Ces champs électromagnétiques alimentent tout, depuis nos puces informatiques jusqu’aux super collisionneurs de particules, qui accélèrent et font entrer en collision des particules subatomiques à des énergies extrêmement élevées pour mieux comprendre la nature de la matière, de l’énergie et de l’univers primitif. 

C'est lorsque les électrons d'un matériau vibrent et rebondissent à des vitesses extrêmement élevées que ces champs électromagnétiques sont créées.

Cependant, créer des champs suffisamment puissants pour réaliser des expériences avancées nécessite des installations énormes et coûteuses.

Par exemple, les scientifiques qui étudient la matière noire utilisent des machines comme le Grand collisionneur de hadrons (LHC). à l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire, le CERN, qui est le plus grand laboratoire de physique des particules au monde situé à en Suisse. Le LHC est l’accélérateur de particules le plus puissant au monde, impliquant un anneau de 16.7 kilomètres d'aimants supraconducteurs avec plusieurs structures accélératrices pour augmenter l'énergie des particules tout au long du parcours.

Mener des expériences à une telle échelle nécessite des ressources considérables. Non seulement c'est très coûteux, mais cela peut aussi être très volatile.

Pour surmonter ce problème, le laboratoire de Sahai a construit un matériau à base de silicium (Si), semblable à une puce, de la taille de votre pouce.

Le silicium est un semi-conducteur dont les propriétés (conductivité électrique) peuvent être modifiées par l'ajout d'impuretés (dopage) et est utilisé pour fabriquer des micropuces présentes dans les appareils du quotidien comme les téléphones portables, ainsi que dans les voitures autonomes.

Ce nouveau matériau, semblable à une puce, peut gérer des faisceaux de particules à haute énergie et contrôler le flux d'énergie. Il permet également aux scientifiques et aux chercheurs d'accéder à des champs électromagnétiques qui sont produits par les vibrations ou oscillations du gaz d'électrons quantiques. Et tout cela se réalise dans un espace minuscule.

Le mouvement rapide (oscillations) crée les champs électromagnétiques, tandis que la technique de Sahai permet au matériau de gérer le flux de chaleur généré par la vibration et aide à maintenir l'échantillon stable et intact.

Manipuler un flux d'énergie aussi élevé tout en préservant la structure sous-jacente du matériau est une avancée majeure. Cette avancée technologique peut véritablement changer le monde. Il s'agit de comprendre le fonctionnement de la nature. et utiliser ces connaissances pour avoir un impact positif sur le monde."

- Tirumalasetty

Leur technologie peut l'éventualité Réduisez les longs collisionneurs en une puce et permettez aux scientifiques de voir une activité comme jamais auparavant.

L’université a déjà déposé et obtenu des brevets provisoires sur cette technologie, aux États-Unis et à l’international.

Les applications pratiques et concrètes de cette technologie prendront cependant des années à se concrétiser. 

En fait, certains travaux fondamentaux sur la technologie ont commencé Il y a sept ans En 2018, Sahai a publié ses recherches sur les accélérateurs d'antimatière. Il a déclaré :

« Cela va prendre un certain temps, mais de mon vivant, c'est très probable. »

Ayant dit cela, il a un grand potentiel pour nous aider à mieux comprendre la façon dont l’univers fonctionne à son échelle fondamentale et ainsi améliorer nos vies. Comme l’a noté Sahai, cela pourrait également faire des lasers à rayons gamma une réalité.

« Nous pourrions obtenir une imagerie des tissus jusqu'au noyau des cellules, mais aussi jusqu'au noyau des atomes sous-jacents. Cela signifierait que les scientifiques et les médecins pourraient observer ce qui se passe au niveau nucléaire, ce qui pourrait accélérer notre compréhension des forces immenses qui dominent à si petite échelle, tout en menant à de meilleurs traitements et remèdes médicaux », a-t-il expliqué. « À terme, nous pourrions développer des lasers gamma pour modifier le noyau et éliminer les cellules cancéreuses à l'échelle nanométrique. »

La technique des « plasmons extrêmes », qui est également le titre de l’étude, peut également nous aider à tester la possibilité d’un multivers.

Le travail sur cette minuscule puce n'est cependant pas terminé. Sahi et Tirumalasetty se concentreront désormais sur le perfectionnement du matériau de la puce de silicium et de la technique laser au Laboratoire national de l'accélérateur SLAC, une installation de classe mondiale gérée par l'Université de Stanford et financée par le Département de l'Énergie des États-Unis (DOE), où la technologie a été testée.

Simulation du vide quantique avec des lasers ultra-puissants

Ainsi, comme nous l’avons vu, du cosmos au laboratoire, notre compréhension de la lumière la plus extrême de l’univers évolue rapidement. 

Nous avons capturé des sursauts de rayons gamma provenant de pulsars lointains et observé des explosions supermassives éruption des trous noirs dans une splendeur énergétique exceptionnelle, et même enregistré les collisions semblables à celles des éclairs qui produisent les flashs gamma terrestres. Aujourd'hui, nous apprenons à recréer des conditions similaires ici sur Terre. 

Il y a quelques mois, des physiciens de l'Université d'Oxford ont simulé la manière dont des faisceaux laser intenses peuvent générer de la lumière là où il n'y en avait pas, transformant un concept théorique en réalité. 

Ce que les physiciens ont réussi à faire, c’est qu’ils ont pu créer, pour la toute première fois, des simulations 3D de la manière dont les faisceaux laser intenses peuvent affecter et modifier le vide quantique.

Publié dans Communications Physics, le étude⁴ détails utilisant une modélisation informatique avancée pour simuler la manière dont les lasers puissants interagissent avec le vide quantique, révélant au cours du processus comment les photons rebondissent les uns sur les autres et produisent de nouveaux faisceaux de lumière.

Les simulations ont recréé le mélange à quatre ondes dans le vide (FWM), un phénomène prédit par la physique quantique qui stipule que le champ électromagnétique combiné de trois impulsions laser focalisées peut polariser les paires électron-positon virtuelles d'un vide, produisant un nouveau faisceau laser dans ce qu'on appelle le processus de « lumière provenant de l'obscurité ». 

« Il ne s’agit pas seulement d’une curiosité académique : c’est une étape majeure vers la confirmation expérimentale d’effets quantiques qui jusqu’à présent étaient principalement théoriques. »

– Peter Norreys, co-auteur de l’étude et professeur à l’Université d’Oxford

Les simulations ont été exécutés en utilisant une version avancée d'un logiciel de simulation (OSIRIS), qui modélise le laser interaction des poutres avec du plasma ou de la matière.

Notre programme informatique nous offre une fenêtre 3D résolue en temps sur les interactions du vide quantique, jusqu'alors inaccessibles. En appliquant notre modèle à une expérience de diffusion à trois faisceaux, nous avons pu capturer l'ensemble des signatures quantiques, ainsi qu'une vision détaillée de la région d'interaction et des échelles de temps clés.

– Zixin (Lily) Zhang, auteur principal de l'étude et doctorant au département de physique d'Oxford

Ces modèles sont utilisés par les chercheurs pour concevoir des expériences concrètes, telles que des formes de laser et des timings d'impulsion. De plus, les simulations peuvent fournir de nouvelles perspectives sur la manière dont même de petites asymétries dans la géométrie des poutres peuvent modifier le résultat et sur la manière dont les interactions progressent en temps réel.

En plus d’aider à planifier de futures expériences laser à haute énergie, l’équipe pense que l’outil peut également aider à rechercher des signes de particules subatomiques hypothétiques comme les axions, un candidat de premier plan pour la matière noire.

« Une large gamme d’expériences prévues dans les installations laser les plus avancées être grandement aidé « Grâce à notre nouvelle méthode de calcul implémentée dans OSIRIS », a déclaré Luis Silva, co-auteur de l'étude et professeur à l'Instituto Superior Tecnico de l'Université de Lisbonne. « La combinaison de lasers ultra-intenses, d'une détection de pointe et d'une modélisation analytique et numérique de pointe constitue le fondement d'une nouvelle ère dans les interactions laser-matière, qui ouvrira de nouveaux horizons à la physique fondamentale. »

Investir dans la technologie laser

Étant donné qu’un laser à rayons gamma n’a pas encore été mis au point été réalisé, nous examinerons le potentiel d’investissement d’une entreprise engagée dans la technologie laser générale. 

L3Harris Technologies (LHX ) est un acteur majeur de la photonique avancée et des systèmes laser haute énergie pour la défense et l'aérospatiale. L'entreprise produit une gamme variée de systèmes laser, réputés pour leur compacité et leurs hautes performances. 

Avec une capitalisation boursière de 50.7 milliards de dollars, l'action LHX s'échange actuellement à 272.31 dollars, en hausse de 29 % depuis le début de l'année. Plus tôt ce mois-ci, l'action de la société a atteint un nouveau sommet à 280.52 dollars, en hausse de plus de 45 % depuis le plus bas d'avril. Son BPA (sur les douze derniers mois) s'établit ainsi à 8.96 et son PER (sur les douze derniers mois) à 30.27.

Les actionnaires de LHX peuvent bénéficier d’un rendement de dividende de 1.77 %.

Concernant les finances de l'entreprise, L3Harris Technologies a annoncé un chiffre d'affaires de 5.4 milliards de dollars et un carnet de commandes de 8.3 milliards de dollars au deuxième trimestre 2. La marge opérationnelle de l'entreprise s'est établie à 2025 % et la marge opérationnelle ajustée du segment à 10.5 %. Le BPA dilué, quant à lui, s'est établi à 15.9 $, tandis qu'une hausse de 2.44 % du BPA dilué non conforme aux PCGR l'a porté à 16 $.

« Nous avons enregistré des résultats impressionnants au deuxième trimestre, grâce à un ratio commandes/facturation record de 1.5 fois, une solide croissance organique et une progression de la marge opérationnelle ajustée du segment en glissement annuel pour le septième trimestre consécutif », a déclaré Christopher E. Kubasik, PDG. « Cela marque un tournant décisif, avec notre plus forte croissance du chiffre d'affaires depuis six trimestres et des progrès significatifs vers notre cadre financier 2026. »

Kubasik a également noté que la défense « entre dans un cycle d'investissement générationnel, alors que les budgets des États-Unis et de ses alliés augmentent rapidement », et face à cette demande « accélérée », le portefeuille de la société est aligné sur des domaines de croissance clés pour atteindre « une croissance rentable soutenue et une création de valeur à long terme ».

Actualités L3Harris Technologies (LHX) Actualités et développements boursiers

Conclusion

Les scientifiques et les ingénieurs repoussent constamment les limites de la Lumière et matière. De telles avancées permettent même aujourd'hui aux lasers gamma de passer du stade de simple théorie à celui de technologie transformatrice. Exploiter cette forme extrême de lumière peut non seulement contribuer à redéfinir la physique, mais aussi à transformer la médecine, l'énergie et notre compréhension de l'univers lui-même !

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Références:

1. Wada, Y., Morimoto, T., Wu, T., Wang, D., Kikuchi, H., Nakamura, Y., Yoshikawa, E., Ushio, T., & Tsuchiya, H. Flash gamma terrestre descendant associé à une collision de conducteurs de foudre. Science Advances, 11(21), eads6906, publié le 21 mai 2025. https://doi.org/10.1126/sciadv.ads6906
2. Katsarov, Y. Une nouvelle approche pour développer le laser à rayons gamma. Environnement. Technologie. Ressources. Actes de la Conférence scientifique et pratique internationale, 4, 467–474, publié en 2025. https://doi.org/10.17770/etr2025vol4.8388
3. Sahai, AA Plasmons extrêmes. Technologies quantiques avancées, publié le 19 mai 2025. https://doi.org/10.1002/qute.202500037
4. Zhang, Z., Aboushelbaya, R., Ouatu, I., et al. Modélisation computationnelle du vide quantique semi-classique en 3D. Physique des communications, 8, 224, publié le 5 juin 2025. https://doi.org/10.1038/s42005-025-02128-8