Physiciens américains confirment le lien entre vide quantique et matière réelle via collisions au RHIC

Des physiciens américains ont récemment apporté une confirmation expérimentale cruciale d'un lien fondamental entre le concept théorique du vide quantique et l'émergence de matière détectable. Cette découverte majeure résulte des travaux de la collaboration STAR au Collisionneur d'Ions Lourds Relativistes (RHIC) du Département de l'Énergie (DOE) des États-Unis, installé au Laboratoire National de Brookhaven (BNL), et a été formalisée par une publication dans la revue Nature au début du mois de février 2026.

Le RHIC, unique collisionneur de protons polarisés au monde et premier accélérateur d'ions lourds, a permis d'étudier des conditions primordiales de l'Univers, similaires à celles suivant le Big Bang, en faisant entrer en collision des ions à des vitesses proches de celle de la lumière. L'analyse s'est concentrée sur des millions de collisions proton-proton, ciblant spécifiquement des paires de particules éphémères, les hyperons lambda et leurs équivalents en antimatière, les antilambda. Ces particules sont utilisées pour l'étude du spin, une propriété quantique dont l'orientation est déduite des schémas de désintégration des protons ou antiprotons qui en résultent.

Les chercheurs ont observé que lorsque les particules lambda et antilambda sont générées très proches l'une de l'autre lors d'une collision, leurs spins présentent un alignement parfait, à 100 %, imitant l'état des paires virtuelles du vide. Le vide quantique est décrit comme un bouillonnement constant de champs d'énergie générant sans cesse des paires de particules-antiparticules dites « virtuelles » et intriquées. Les collisions à haute énergie au RHIC fournissent l'impulsion nécessaire pour que certaines de ces paires virtuelles, spécifiquement les paires quark étrange/anti-étrange, se matérialisent en particules réelles, capturées par l'instrumentation STAR.

Cet alignement de spin est interprété comme la preuve directe que les quarks étranges constituant les deux particules séparées proviennent d'une seule paire virtuelle dont le spin était intrinsèquement aligné dans le vide. Le Dr Zhoudunming (Kong) Tu, physicien STAR à Brookhaven et co-responsable de l'étude, a souligné en février 2026 que ces travaux offrent une perspective inédite sur le vide quantique. Le Dr Jan Vanek, physicien à l'Université du New Hampshire et également co-responsable, a comparé ce phénomène à des « jumeaux quantiques » conservant l'alignement de spin de leurs quarks étranges parents, même après leur matérialisation. Il a été noté que cet alignement s'estompe lorsque les particules sont produites à des distances plus grandes, suggérant que la séparation rompt l'intrication quantique initiale.

Cette méthodologie novatrice, confirmée en février 2026, ouvre une voie pour examiner la transition entre le comportement quantique corrélé et la physique classique, avec des implications pour l'informatique quantique. Les chercheurs prévoient d'appliquer cette technique aux collisions d'ions lourds et, à l'avenir, à l'Electron-Ion Collider (EIC), une future installation au BNL. Le Dr Tu est identifié en 2026 comme Physicien Associé au Brookhaven National Lab et Professeur Associé Adjoint à l'Université Stony Brook, tandis que le Dr Vanek maintient son rôle à l'Université du New Hampshire. Le RHIC, dont la collecte de données s'est achevée en février 2026 après plus de deux décennies d'opérations, a été un pilier pour la physique nucléaire, ayant notamment confirmé l'existence du plasma de quarks et de gluons.