21. L’antimatière

En 1928, le physicien Paul Dirac a tenté d’actualiser l’équation de Schrödinger en y introduisant les effets de la relativité restreinte. Cette équation décrivait les particules, tels les électrons, en termes d’ondes stationnaires, mais, à cette époque, elle était incomplète. La théorie s’appliquait à des particules de faible énergie ou se déplaçant lentement mais n’expliquait pas les effets relativistes des particules de haute énergie, comme les électrons périphériques des atomes plus gros que l’hydrogène. Pour mieux rendre compte des spectres des gros atomes ou des états excités, Dirac travailla sur les effets relativistes – contraction des longueurs et dilatation du temps – pour montrer comment ils agissent sur la forme des trajectoires des électrons.
L’équation de Dirac prédisait bien l’énergie des électrons, cependant elle semblait trop générale. Les calculs montraient la possibilité que les électrons puissent avoir une énergie négative comme positive, au même titre que l’équation x2 = 4 a deux solutions : x = 2 et x = − 2. Que les électrons aient une énergie positive, bien sûr on s’y attendait, mais qu’ils aient une énergie négative n’avait pas de sens.Égal, opposé, mais rare Plutôt que d’ignorer cette « énergie négative », Dirac émit l’hypothèse que de telles particules existaient bien. Peut-être y avait-il des sortes d’électrons ayant une charge positive plutôt que négative mais avec la même masse ? S’agissait-il de « trous » dans une mer d’électrons « normaux » …