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En retraçant les origines d’une particule inhabituelle et éphémère, des chercheurs ont réuni certaines des preuves les plus solides à ce jour que la masse peut naître de fluctuations au sein d’un espace « vide ».
Une première
Selon la chromodynamique quantique, largement considérée comme notre meilleure théorie pour décrire la force forte, qui lie les quarks, briques de base des protons et des neutrons, formant eux-mêmes le noyau des atomes, le vide quantique n’est jamais totalement vide. L’énergie sous-jacente produirait des perturbations éphémères, donnant naissance à des particules virtuelles comprenant notamment des paires quark-antiquark.
Dans des conditions normales, ces duos fugaces disparaissent presque aussi vite qu’ils apparaissent. Mais lorsqu’une quantité suffisante d’énergie est injectée, la QCD prédit qu’elles peuvent se transformer en particules réelles et détectables, dotées d’une masse mesurable. Ce que la collaboration STAR a récemment observé en utilisant le collisionneur relativiste d’ions lourds du Laboratoire national de Brookhaven.
Des collisions à haute énergie ont produit un nuage de particules. Si certaines d’entre elles devaient théoriquement être des paires quark-antiquark émanant des fluctuations du vide quantique, ces derniers ne peuvent exister seuls et s’assemblent immédiatement pour former des particules composites. Pour les identifier, l’équipe s’est donc basée sur leurs « spins corrélés », alignement quantique commun hérité du vide.
By tracing the origins of an unusual, short-lived particle, researchers have gathered some of the strongest evidence yet that mass can emerge from fluctuations in the vacuum https://t.co/V48lCITezu
— New Scientist (@newscientist) April 8, 2026
Comme l’expliquent les auteurs de l’étude, publiée dans la revue Nature, un tel lien persistait, même après leur assemblage en particules plus grandes appelées hyperons, dont la durée de vie n’excède pas un dixième de milliardième de seconde. L’examen de leurs spins a permis de confirmer qu’ils avaient effectivement émergé du vide.
Implications
Selon Zhoudunming Tu, de la collaboration STAR, l’approche pourrait prochainement permettre d’étudier directement les propriétés du vide quantique, éclairant ainsi l’origine d’une partie de la masse des hadrons (les particules composites formant les protons et neutrons), et par extension celles de la matière qui compose l’Univers.
« La théorie de la QCD prédit que les quarks doivent une grande partie de leur masse à leurs interactions avec le vide quantique, mais les mécanismes précis restent encore mal compris », conclut-il.
Plus tôt cette année, une particule exotique découverte au CERN avait mis fin à un débat vieux de deux décennies.