La lumière qui frappe la matière se disperse ou la chauffe généralement. Mais si les photons sont très nombreux et très énergétiques, deux quanta de lumière peuvent entrer en collision et disparaître, laissant place à deux particules : un électron et son antiparticule, le positron. Ce processus, prédit dès 1934, n'a jamais pu être reproduit en laboratoire avec de vrais photons. La raison est simple : il faut à la fois un faisceau de lumière dense et énergétique, et un détecteur capable de repérer les particules créées sur un fond de bruit.
Ces nouveaux travaux proposent une voie d'une élégance inattendue. Une impulsion laser ultra-puissante frappe une cible en mousse de plastique, et un champ magnétique enroulé autour de l'axe du faisceau apparaît spontanément dans le plasma. Ce champ agit comme un entonnoir : les positrons nés en profondeur ne s'éparpillent pas dans toutes les directions, mais sont renvoyés vers l'arrière, à la rencontre du laser. L'entonnoir ne se contente pas de faire pivoter les particules, il les comprime aussi en un cône étroit, comme un jet d'eau rassemble les nageurs dans un courant.
Les calculs sur supercalculateur montrent que si la cible est bicouche, d'abord peu dense puis dense, le rendement en positrons augmente fortement. Dans la couche peu dense, le laser a le temps de créer l'entonnoir magnétique, tandis que dans la couche dense naissent de nombreuses paires. Résultat : le signal dans la direction arrière atteint 10^6 MeV^-1 sr^-1, soit des centaines de fois plus que les schémas précédents. Un tel signal tombe dans la plage où des positrons ont déjà été détectés dans d'autres expériences.
Ce n'est pas qu'une astuce théorique. Le dispositif peut être monté sur les installations laser pétawatt existantes, et la cible bicouche en mousse peut être remplacée par une pré-plasma créée par le laser lui-même. Si l'expérience réussit, les physiciens verront pour la première fois la lumière se transformer en matière à l'état pur. L'entonnoir magnétique qui se forme spontanément dans le plasma et focalise les particules pourrait également servir à d'autres processus de création de paires dans des champs intenses.
Les positrons créés dans le plasma sont retournés à 180 degrés et volent vers le faisceau laser, comme des nageurs que le courant ramène vers le rivage.
L'idée de créer de la matière à partir de la lumière évoque des intrigues de science-fiction, comme dans le roman d'Arthur C. Clarke « Lumière des jours lointains », où la lumière est utilisée pour créer de la matière. En réalité, le processus de Breit-Wheeler est la conversion littérale de l'énergie des photons en masse de particules.