Observation de la réfraction des rayons Gamma par des lentilles de silicium

Les rayons lumineux se propagent plus lentement dans le verre d’une lentille que dans l’air. Cette propriété explique le phénomène de réfraction observable à l’interface des deux milieux [1]. L’indice de réfraction d’un milieu à une longueur d’onde donnée correspond au facteur de réduction de la vitesse de phase de la lumière dans le milieu, par rapport à la vitesse qu’elle aurait dans le vide. Par exemple, un verre ordinaire présente un indice de réfraction de 1,5 dans le domaine visible.

Les approximations mathématiques menées au cours de leurs calculs ont conduit les physiciens à penser qu’au-delà du spectre électromagnétique visible, l’indice de réfraction pour l’ensemble des matériaux est environ égal à 1. Au milieu des années 1990, ils ont cependant montré que les rayons X sont réfractés à l’interface de lentilles de béryllium ou de carbone. Une équipe de chercheurs de l’Université Ludwig-Maximilian de Munich (LMU, Bavière) et de l’Institut Max Planck d’optique quantique (MPQ) de Garching (Bavière) a récemment découvert que la propriété de réfraction vaut également pour les rayons Gamma [2].

Les scientifiques ont mené leurs expériences à l’Institut Laue-Langevin de Grenoble (France) sur des lentilles de silicium. « Le noyau des atomes de silicium contient 14 protons, lesquels produisent un fort champ électrique », explique Dietrich Habs, chercheur à la LMU. Et de poursuivre : « A l’intérieur de ce champ apparaît constamment un très grand nombre de couples d’électrons et de positrons, qui certes n’existent que pendant un laps de temps très court, mais peuvent interagir avec les rayons Gamma ». Ce phénomène, appelé diffusion Delbrück, est à l’origine de la réfraction des rayons Gamma au contact des lentilles de silicium.

Parmi les applications des lentilles Gamma figure la visualisation de la formation des dendrites de lithium à l’anode des batteries lithium-ion, ou bien celle de l’action du lithium sur le cerveau comme thérapie chez les patients maniaco-dépressifs.

A l’été 2012, l’équipe de chercheurs va mener de nouvelles campagnes de mesures à l’Installation Européenne de Rayonnement Synchrotron (ESRF) de Grenoble, cette fois avec des lentilles en or. « L’or contient 79 protons au sein de son noyau et réfractera les rayons Gamma plus fortement que le silicium », explique Dietrich Habs.

Pour en savoir plus, contacts :

– [1] Plus d’informations sur le phénomène de réfraction sur l’article de wikipedia consacré au sujet : http://fr.wikipedia.org/wiki/R%C3%A9fraction
– [2] Cette découverte a fait l’objet d’une publication dans la revue Physical Review Letters : http://prl.aps.org/abstract/PRL/v108/i18/e184802
– Prof. Dr. Dietrich Habs, Université Ludwig-Maximilian de Munich (LMU), tél. : +49 89 2891-4077, fax : +49 89 2891-4072 – email : Dieter.Habs@physik.uni-muenchen.de

Sources :

« Mit Goldlinsen zur Gamma-Optik », communiqué de presse de la Scoéié Max-Planck – 10/05/2012 – http://www.mpg.de/5787926/optik_mit_gold-linsen_fuer_gammastrahlung

Rédacteurs :

Lucas Ansart, lucas.ansart@diplomatie.gouv.fr – https://www.science-allemagne.fr