Découverte par hasard en 1932, cette particule d’antimatière est aujourd’hui utilisée contre le cancer

En août 1932, une trace étrange apparaît dans un laboratoire californien. Elle révèle une particule inconnue jusqu’alors. Ce fragment d’antimatière, le positron, bouleverse la physique. Mais comment a-t-il fini, des décennies plus tard, dans les hôpitaux et les services d’imagerie médicale ?

En 1932, une trace impossible apparaît sur les photographies prises par Carl Anderson

Au Caltech, Carl Anderson ne cherche pas l’antimatière, et pourtant il s’en approche sans le savoir. En effet, il étudie les rayons cosmiques, ces particules très énergétiques venues de l’espace. Pour les observer, il utilise une chambre à brouillard placée dans un champ magnétique, ce qui permet de rendre visibles leurs trajectoires sous forme de fines traces.

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Le 2 août 1932, une image attire soudain son attention. D’abord, la courbure de la trace correspond à celle d’un électron. Ensuite, un détail change tout : la charge apparaît positive. Plusieurs explications sont testées, mais elles sont rapidement écartées. Finalement, une hypothèse inattendue s’impose : il pourrait s’agir d’un électron inversé.

Une équation de Paul Dirac avait déjà laissé entrevoir cet étrange « électron positif »

Cette observation ne surgit pas totalement du néant. En 1928, Paul Dirac propose une équation qui relie mécanique quantique et relativité restreinte. Or, certaines solutions suggèrent déjà l’existence d’une particule miroir de l’électron. À ce moment-là, cette idée reste purement théorique, même si elle intrigue fortement la communauté scientifique.

Anderson ne cherchait pas à confirmer cette prédiction, pourtant les données convergent. Il nomme alors cette particule « positron », en référence à sa charge positive. Une première publication paraît dans Science en 1932, puis un article plus détaillé suit en 1933 dans Physical Review. Ainsi, l’antimatière quitte progressivement le domaine abstrait pour devenir observable.

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Peu après, la découverte transforme la carrière d’Anderson. En 1936, il reçoit le prix Nobel de physique à seulement 31 ans, tandis que Victor Hess est également récompensé pour ses travaux sur les rayons cosmiques. Ainsi, une simple photographie issue d’une expérience de routine change durablement la physique moderne.

Quand un positron rencontre un électron, les deux particules disparaissent presque aussitôt

Le positron possède une propriété spectaculaire. Lorsqu’il rencontre un électron, les deux particules peuvent s’annihiler immédiatement. Leur masse se transforme alors en énergie pure, ce qui produit deux photons gamma d’environ 511 keV chacun, émis presque en sens opposé. Ce phénomène respecte strictement les lois de conservation de la physique.

Cette caractéristique devient rapidement précieuse. En effet, des détecteurs placés autour d’un patient captent simultanément ces deux photons. Grâce à cette détection en coïncidence, les chercheurs peuvent tracer une ligne précise reliant les deux signaux. Peu à peu, en accumulant ces données, une image tridimensionnelle de l’activité biologique se reconstruit.

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De l’antimatière dans les hôpitaux : le hasard de 1932 éclaire désormais les tumeurs

Ce principe fonde aujourd’hui la tomographie par émission de positrons, ou TEP. Concrètement, un traceur radioactif est injecté dans l’organisme. Celui-ci émet des positrons qui interagissent avec les électrons des tissus. Ainsi, les médecins n’observent pas seulement la structure du corps, mais surtout son activité métabolique en temps réel.

En cancérologie, cette technologie devient essentielle. Elle permet notamment de localiser des tumeurs actives et de suivre leur évolution au fil des traitements. De plus, dans le cerveau, certains traceurs révèlent des anomalies liées à des maladies neurodégénératives, comme les dépôts amyloïdes ou tau, ce qui améliore considérablement le diagnostic précoce.

Aujourd’hui encore, la recherche continue d’explorer ces phénomènes. Certaines équipes analysent plus finement l’annihilation électron-positron afin d’en extraire de nouvelles informations biologiques. Par exemple, une étude récente de 2024 s’intéresse au positronium dans le cerveau humain, ouvrant des perspectives encore mal comprises mais prometteuses.

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