// CLUBIC — INTELLIGENZA ARTIFICIALE
Des physiciens détectent un photon ultra-énergétique « impossible » : il a traversé l’Univers et atteint la Terre alors qu’il aurait dû être détruit
Après un voyage de deux milliards d'années-lumière, la probabilité qu'un photon de cette nature survive au trajet vers la Terre sans être annihilé, est, selon nos modèles physiques, négligeable. Deux chercheurs italiens pensent avoir compris comment il est arrivé jusqu'à nous : le phénomène s'explique potentiellement par une brèche dans l'un des piliers de la théorie de la relativité restreinte.
Le 9 octobre 2022, les satellites Swift de la NASA et le Fermi Gamma-ray Burst Monitor enregistrèrent le sursaut gamma le plus violent jamais observé depuis que l'humanité scrute le ciel dans ces longueurs d'onde : GRB 221009A, un événement d'une puissance telle que les astrophysiciens le surnommèrent BOAT, pour Brightest Of All Time.
L'explosion s'est produite à environ deux milliards d'années-lumière de la Terre, c'est-à-dire à un moment où la vie sur notre planète se résumait à quelques organismes unicellulaires rudimentaires. Plus de 5 000 photons de très haute énergie furent captés par l'observatoire LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory), situé au Tibet, avec des énergies atteignant 18 TeV. Mais dans le sillage de cette « tempête », un détecteur installé dans le Caucase russe a repéré un photon unique, mesuré à 300 TeV, soit environ 100 000 milliards de fois l'énergie d'un photon de lumière visible. Une particule, qui, en théorie, n'aurait jamais pu atteindre la Terre et aurait dû être détruite avant par son interaction avec le fond diffus cosmologique (CMB).
Dans une étude publiée le 8 septembre 2026 dans la revue Physical Review Letters, Giorgio Galanti, astrophysicien à l'Institut national d'astrophysique italien (INAF), et Marco Roncadelli, chercheur à l'Institut national de physique nucléaire italien (INFN), ont proposé une théorie pour expliquer cette anomalie. Leur hypothèse implique qu'à de telles échelles d'énergie, la structure de l'espace-temps s'écarterait des prédictions de la relativité restreinte, modifiant la façon dont la lumière se propage sur de vastes distances et remettant en cause l'un des postulats fondamentaux de la théorie d'Einstein.
L'espace interstellaire n'est pas vide (au sens physique du terme), puisqu'il baigne dans le CMB : un rayonnement fossile émis environ 380 000 ans après le Big Bang, le remplissant intégralement sous forme de micro-ondes de très basses énergies. En dessous de quelques dizaines de TeV, un photon le traverse sans encombre : l'énergie combinée de la rencontre avec un photon fossile reste trop faible pour franchir le seuil dit de production de paires, c'est-à-dire le point à partir duquel deux photons qui entrent en collision se convertissent en deux particules de matière, un électron et son antiparticule, le positron.
En revanche, au-delà de quelques dizaines de TeV, ce seuil est dépassé et la réaction se produit. Plus le photon est énergétique, plus le nombre de photons du CMB susceptibles de provoquer cette annihilation augmente : raison pour laquelle la probabilité qu'un photon de 300 TeV parvienne jusqu'à nous est, en théorie, proche de zéro.
Lorsqu'il a été capté par le détecteur Carpet-2 de l'Observatoire de neutrinos de Baksan, dans le Caucase du Nord, il est arrivé intact, environ 4 500 secondes après le déclenchement du sursaut gamma GRB 221009A de 2022. « Nous sommes partis d'une question très simple : comment ce photon a-t-il survécu à un voyage qui, selon la physique connue, aurait dû le détruire ? », explique Giorgio Galanti.
Depuis sa détection, plusieurs équipes de chercheurs avaient déjà proposé une explication pour justifier la survie de photons de quelques dizaines de TeV sur de longues distances : la conversion en particules de type axion (ou ALP, pour « axion-like particles »). Selon eux, dans certaines conditions, un photon traversant un champ magnétique suffisamment intense peut se transformer temporairement en une particule quasi fantomatique, l'ALP, qui n'interagit pratiquement pas avec la matière ni avec le rayonnement ambiant. L'ALP