Il existe des voyageurs qui n’auraient jamais dû arriver à destination. Ce photon-là en fait partie.
Parti il y a environ deux milliards d’années des confins de l’Univers, ce voyageur solitaire a traversé le cosmos à la vitesse de la lumière, franchi un océan de pièges censés l’anéantir… et il s’est écrasé sur notre atmosphère avec une énergie proprement hallucinante.
Le problème ? D’après les lois de la physique telles qu’on les connaît, il aurait dû se volatiliser bien avant d’atteindre la Terre !
Ce petit prodige tient les physiciens en haleine, et deux chercheurs italiens viennent de proposer, dans la revue Physical Review Letters, une explication à sa survie. Une explication qui, si elle se confirmait un jour, viendrait égratigner l’un des piliers de la physique moderne. Attention toutefois : on marche ici sur des œufs, et vous allez comprendre pourquoi.
Lire aussi :
- Ce n’est ni une planète ni une étoile mais SIMP 0136 vient de permettre l’élaboration d’une méthode pour décrypter la météo de futures exoplanètes
- L’Univers fabrique deux fois moins d’étoiles qu’il y a 4,5 milliards d’années et la Chine vient d’éliminer un suspect dans cette affaire : l’hydrogène à disposition
GRB 221009A et le photon de l’impossible
Remontons au 9 octobre 2022. Ce jour-là, un sursaut gamma (la plus violente explosion connue de l’Univers, généralement liée à la mort d’une étoile géante) illumine le ciel. Celui-ci est si intense que les astronomes le surnomment « le plus brillant de tous les temps ». Un événement d’une rareté extrême, comme il ne s’en produit qu’une fois tous les quelques millénaires. Son nom : GRB 221009A (« GRB » pour gamma-ray burst, puis 22/10/09 pour le 9 octobre 2022, et le « A » parce que c’est le premier sursaut repéré ce jour-là.).
L’observatoire chinois LHAASO capte de cette explosion des photons d’une énergie déjà colossale, jusqu’à une quinzaine de téraélectronvolts (TeV). Plus d’une heure plus tard, un détecteur russe installé dans le Caucase, baptisé Carpet, enregistre quelque chose de bien plus troublant : un photon d’environ 300 TeV.
Pour vous donner une idée, c’est plus de vingt fois l’énergie que le grand collisionneur du CERN, la plus puissante machine jamais bâtie par l’humanité, parvient à concentrer dans ses chocs de particules !
Pourquoi il n’aurait jamais dû arriver jusqu’à nous
L’espace entre les galaxies n’est pas vraiment vide : il baigne dans une lumière très ancienne et très faible, le fond diffus cosmologique, ce rayonnement fossile hérité des premiers âges de l’Univers. Pour un photon ordinaire, ce brouillard est inoffensif. Pour un monstre de 300 TeV, c’est un champ de mines.
À cette énergie, notre photon aurait dû percuter l’un de ces grains de lumière fossile et se transformer aussitôt en une paire de particules (un électron et son antiparticule, le positron), disparaissant corps et biens. Sur deux milliards d’années-lumière, l’affaire est pliée : les chercheurs ont calculé que la physique standard prévoit environ 10⁻⁹⁶ photon à ce niveau d’énergie. Ce chiffre, avec ses quatre-vingt-quinze zéros après la virgule, signifie une chose simple : c’était rigoureusement impossible.
L’Univers est censé être totalement opaque à un tel photon… et pourtant il est pourtant arrivé jusqu’à nous.
Deux coupables potentiels pour une énigme
Comment un voyageur peut-il traverser un champ de mines sans exploser ? Giorgio Galanti (de l’INAF) et Marco Roncadelli (de l’INFN) avancent deux idées, aussi audacieuses l’une que l’autre, et surtout complémentaires. La première fait appel à des particules hypothétiques, les « particules de type axion » : dans un champ magnétique, un photon pourrait se déguiser en cette particule fantôme, traverser incognito la zone dangereuse, puis reprendre sa forme de photon à l’arrivée. Un tour de passe-passe qui explique bien les photons de LHAASO… mais qui cale à 300 TeV, où il manque un facteur cent.
La seconde idée est plus vertigineuse encore : une entorse à l’invariance de Lorentz, un des principes fondateurs de la relativité d’Einstein selon lequel les lois de la physique sont les mêmes pour tous. Une infime violation de ce principe modifierait le seuil à partir duquel notre photon peut être absorbé, rendant soudain l’Univers transparent à son passage. Séduisant, mais lourd de conséquences !
Voici comment ces deux pistes se répartissent le travail :
| Critère | Particules de type axion (ALP) | Violation de l’invariance de Lorentz (LIV) |
|---|---|---|
| L’idée | Le photon se déguise en particule fantôme pour franchir la zone dangereuse, puis redevient photon | Une entorse à la relativité modifie le seuil d’absorption et rend l’Univers transparent au photon |
| Ce qu’elle explique | Les photons de LHAASO (~10 à 20 TeV) | Le photon de Carpet (~300 TeV) |
| Où elle échoue | Insuffisante à 300 TeV (il manque un facteur ~100) | N’explique pas les photons de LHAASO |
| Statut | Hypothèse non confirmée | Hypothèse non confirmée (entorse à la relativité) |
Le trait de génie des chercheurs est de ne pas choisir. Aucune des deux idées ne suffit seule, alors ils les réunissent dans un même cadre : des photons qui se changent en axions, le tout dans un Univers où la relativité serait très légèrement enfreinte.
Et il y a même un indice de plus : ce fameux retard de plus d’une heure entre les photons de LHAASO et celui de Carpet s’expliquerait, lui aussi, par la même petite entorse à la relativité… un résultat obtenu de leur côté par deux autres chercheurs.
Un photon, et une montagne de prudence
Alors, Einstein est-il pris en défaut ? Doucement. C’est ici qu’il faut ranger l’enthousiasme au vestiaire, et les auteurs sont les premiers à le faire. Car toute cette belle mécanique repose sur… un seul photon. Un unique grain de lumière, détecté une seule fois, lors d’un seul événement cosmique. « Un unique photon candidat, issu d’un seul événement, ne peut être revendiqué comme une découverte incontestable », prévient Giorgio Galanti lui-même.
Les raisons de rester circonspect ne manquent pas. Rien ne garantit à 100 % que ce photon provienne bien du sursaut gamma : il y a environ neuf chances sur mille que la coïncidence soit un pur hasard. La détection elle-même est inhabituelle, et le résultat du détecteur Carpet fait encore débat dans la communauté.
Bref, on tient une anomalie fascinante, pas une révolution actée. La nuance est de taille.
Rendez-vous dans le ciel des prochaines années
« Du coup ça sert à rien alors ? »
Rien de plus faux car c’est exactement ainsi que la science avance : une observation qui cloche, un chiffre qui ne colle pas, et voilà les théoriciens sommés de remettre l’ouvrage sur le métier. Si l’explication venait à se vérifier, elle ouvrirait une première brèche dans la relativité et une porte vers la gravité quantique, le Graal qui unifierait enfin les deux grandes théories de la physique. Rien que ça !
En revanche, pour trancher, un seul photon ne suffira jamais. Il faudra en débusquer d’autres, venus d’autres explosions lointaines, portant la même signature. C’est précisément la mission des grands observatoires de nouvelle génération, comme le réseau CTAO ou l’observatoire SWGO, et d’un LHAASO agrandi.
Ce sont eux qui diront, dans les années qui viennent, si notre photon impossible n’était qu’un mirage de mesure… ou le premier messager d’une physique encore inconnue.
Sources principales :
- Physical Review Letters (Galanti & Roncadelli), Lorentz-Violating Scenarios for the Highest-Energy Photons from GRB 221009A (2026)
https://arxiv.org/abs/2504.01830
Étude originale : calcul de l’absorption, insuffisance des axions à 300 TeV, scénario de violation de Lorentz. Version en accès libre sur arXiv. - Physical Review Letters (Galanti et al.), Observability of the Very-High-Energy Emission from GRB 221009A (2023)
https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.131.251001
Le rôle des particules de type axion pour expliquer les photons de LHAASO au-delà de 10 TeV. - arXiv (Ofengeim & Piran), The 300 TeV photon from GRB 221009A: a Hint at Non-linear Lorentz Invariance Violation? (2026)
https://arxiv.org/abs/2508.07153
Analyse indépendante : le délai de plus d’une heure expliqué par une violation quadratique de l’invariance de Lorentz.
