On appelle matérialisation toute transformation d'énergie en matière ; le seul processus connu de matérialisation est celui du photon d'énergie hν qui se convertit, au voisinage d'un noyau, en une paire électron-positron. Le phénomène ne peut avoir lieu dans le vide, où serait impossible la conservation du quadrivecteur énergie-impulsion du photon initial ; de plus, il est nécessaire que l'énergie du photon soit supérieure à la masse des deux électrons créés, soit 1,02 MeV. L'énergie excédentaire est alors partagée entre ceux-ci et le noyau de recul sous forme d'énergie cinétique. Le calcul montre que la section efficace du phénomène de matérialisation dépend du carré du nombre atomique du noyau ; il est donc Z2 fois plus probable pour un noyau de nombre atomique Z que pour l'hydrogène.
Ce phénomène prévu théoriquement par P. A. M. Dirac (1932) a été observé expérimentalement par C. Anderson et S. Neddermeyer, aussitôt après leur découverte du positron dans le rayonnement cosmique.
En physique nucléaire, on met à profit le phénomène de matérialisation pour détecter les photons par l'intermédiaire du phénomène d'ionisation provoqué par les électrons (positifs et négatifs). On détecte de la même manière le méson π0 qui se désintègre très rapidement en deux photons, lesquels peuvent ensuite se matérialiser dans un matériau lourd. L'interaction d'une particule de grande énergie avec la matière, lorsqu'elle s'accompagne de la création de mésons, permet parfois d'observer (sur un cliché de chambre à bulles, par exemple) une paire électron-positron sortant directement du centre de l'étoile ; cette paire, dite « paire de Dalitz », est due à la matérialisation directe d'un photon virtuel provenant de la désintégration d'un méson π0 généralement lent.
Georges KAYAS
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