Contrairement à l'électron ou quark, le photon, cette particule de lumière, ne pèse rien ou en tout cas à moins de 10^-54 kg, selon les dernières estimations !

Il semble donc bien composé d'énergie pure, comme l'affirment les théoriciens depuis le début du XXè siècle. Il est de même du gluon, qui collent ensemble trois quarks pour former les protons et les neutrons, ainsi que de l'hypothétique graviton. "En fait, la vraie question, c'est plutôt de savoir pourquoi toutes les autres particules sont devenues massives", explique Jean Iliopoulos du Laboratoire de physique théorique de l'ENS. Selon le modèle actuel, aucune d'entre elles n'avait été à l'origine de l'univers. Mais le boson Higgs, une fraction de seconde après le big-bang, auraient donné leur masse aux particules... Sauf au photon, au gluon et au graviton... Une théorie qui reste à démontrer.

D'après la formule de la relativité restreinte "E = mc²", énergie et matière ne sont qu'une seule et même chose. Or une montre que l'on remonte stocke dans la tension de son ressort une énergie de quelques dixièmes de joules.

En inversant l'équation, sachant que la vitesse de la lumière, c, vaut 300 millions de mètres par seconde, on constate que sa masse augmente à cette occasion de quelques milliardièmes de milliardième de kilo (la masse de quelques milliards de protons). Certes, sur la balance, cette masse est indétectable : preuve que la relativité et ses bizarreries ne s'appliquent pas (ou peu) à la physique du quotidien. Mais le même phénomène a des conséquences spectaculaires en physique microscopique ! Ainsi, un proton est environ cent fois plus lourd que la somme des masses des trois quarks qui le constituent, la différence venant de l'énergie de liaison des quarks entre eux. De même, un atome d'hydrogène, du fait de l'énergie de liaison entre son proton et son électron, est un peu plus lourd que les deux particules qui le forment.

La réponse à cette question se trouve tout entière contenue dans la fameuse équation d'Albert Einstein, E=mc², qui établit que les transformations respectives d'énergie en matière sont possibles. Mais cela en théorie. Car dans la pratique, ces transformations se heurtent à quelques obstacles...

Dans le sens matière-énergie, nous sommes familiers de la fission des atomes mise en ouvre dans les centraies nucléaires, ainsi que de la fusion atomique qui se déroule dans les étoiles, notre Soleil par exemple. Ces deux types de réactions permettent de libérer une formidable énergie en "cassant" des liaisons subatomiques. Il se crée donc bel et bien de l'énergie au cour même de la matière. La transformation inverse étant moins commune, mais parfaitement possible. Elle s'est d'ailleurs déjà produite de façon naturelle à l'échelle de l'Univers puisque ce dernier n'était, au départ, qu'un fantastique conglomérat d'énergie. Toute la matière - et l'antimatière - de l'Univers est née de cette énergie, peu après le big bang.
À l'échelle humaine, c'est dans les accélérateurs de particules que les physiciens tentent de reproduire ces mécanismes de création de la matière. Les premiers succès dans ce domaine ont été obtenus dans les années 1990 et sont aujourd'hui aisément reproduits. À l'aide de champs magnétiques très puissants, on accélère des particules dotées d'une masse à une vitesse très élevée, qu'on fait alors entrer en collision. L'énergie produite par le choc remplace les particules initiales par d'autres, d'une masse supérieure ! De la matière est ainsi créée à partir de l'énergie dont les premières particules sont chargées.

DE LA MATIÈRE-CRÉÉE EX NIHILO

En 1998, l'équipe de Kirk McDonald a fait un pas supplémentaire. Dans l'accélérateur de particules de Stanford (Etats-Unis), les chercheurs ont créé un électron et un positron - deux particules dotées d'une masse - à partir d'un unique photon, particule chargée d'énergie constitutive de la lumière et dépourvue de masse. Il s'agit donc de la première création de matière ex nihilo à partir de pure énergie !
Toutefois, pas question d'espérer synthétiser une rivière de diamants : l'expérience de Kirk Mc Donald a nécessité l'énergie de lasers très puissants. Pour donner une idée du rendement de la transformation d'énergie en matière, le chercheur précise que toute la puissance du Soleil concentrée en un seul point ne créerait même pas 100 grammes de matière !