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Einstein à vélo

Dirac vu par R. Feynman

Conférence Nobel de P. Dirac

De 1928 à 1995

1928 : le commencement

L'histoire de l'antimatière commence avec un jeune physicien nommé Paul Dirac et les implications étranges d'une équation mathématique...

C'était le début du 20e siècle, une époque passionnante où les fondements intimes de la physique étaient ébranlés par l'apparition de deux nouvelles théories importantes : la relativité et la mécanique quantique.

En 1905, Albert Einstein dévoila sa théorie de la relativité restreinte, expliquant la relation entre l'espace et le temps et entre l'énergie et la masse, dans sa fameuse équation E=mc2. Entre temps, des expériences avaient révélé que la lumière se comportait parfois comme une onde, mais d'autres fois comme un flot de minuscules particules. Max Planck proposa que chaque onde de lumière soit comme un petit paquet, qu'il nomma "quantum" : de cette manière, la lumière n'était pas seulement une onde ou seulement une particule, mais un peu des deux.

Dans les années 20, les physiciens tentèrent d'appliquer le même concept à l'atome et à ses constituants. A la fin de la décennie, Erwin Schrödinger et Werner Heisenberg avaient inventé la nouvelle théorie quantique de la physique. Le seul problème, alors, était que la théorie quantique n'était pas relativiste - ce que signifiait que la description quantique ne fonctionnait que pour des particules se déplaçant lentement et pas pour celles de vitesse élevée (ou "relativiste"), proche de la vitesse de la lumière.

En 1928, Paul Dirac résolut le problème : il écrivit une équation, qui combinait la théorie quantique et la relativité restreinte, pour décrire le comportement de l'électron. L'équation de Dirac lui fit gagner le Prix Nobel en 1933, mais posa aussi un autre problème : de la même manière que l'équation x2=4 peut avoir deux solutions possibles (x=2 OU x=-2), l'équation de Dirac pouvait avoir deux solutions, une pour un électron avec une énergie positive et une pour un électron avec une énergie négative. Cependant, en physique classique (et pour le bon sens !), l'énergie d'une particule doit toujours être un nombre positif !

Dirac interpréta ce résultat comme signifiant que chaque particule existante possédait une antiparticule correspondante, semblable à la particule mais avec une charge opposée. Pour l'électron, par exemple, il devrait y avoir un "antiélectron" identique en tout point mais avec une charge électrique positive. Dans sa conférence Nobel, Dirac spécula sur l'existence d'un Univers complètement nouveau, formé d'antimatière !