Dans l’univers de « The Big Bang Theory », Sheldon Cooper incarne le génie arrogant mais touchant qui résout les équations les plus complexes avec une facilité déconcertante. Pourtant, pendant trois épisodes de la saison 5, lui et son colocataire Leonard Hofstadter se sont heurtés à un mur : comment produire théoriquement des particules subatomiques appelées axions dans des réacteurs à fusion. Leur échec, symbolisé par un visage triste griffonné sur un tableau blanc, vient d’être transformé en victoire par de véritables physiciens. Jure Zupan, professeur à l’université de Cincinnati, et ses collègues ont publié une solution dans le Journal of High Energy Physics, prouvant que parfois, la réalité dépasse la fiction, même quand celle-ci est écrite par des consultants scientifiques.
Les axions : ces fantômes qui pourraient expliquer l’univers
Avant de comprendre l’exploit de Zupan, il faut saisir ce que sont les axions et pourquoi ils obsèdent tant les physiciens. Ces particules hypothétiques n’ont jamais été observées directement, mais elles représentent l’un des candidats les plus sérieux pour expliquer la matière noire. Cette substance mystérieuse constitue la majeure partie de la masse de l’univers, bien plus que toute la matière visible combinée : étoiles, planètes, galaxies et nous-mêmes.
On la qualifie de « noire » car elle n’absorbe ni ne réfléchit la lumière, la rendant totalement invisible à nos instruments optiques. Pourtant, son existence ne fait aucun doute pour les astrophysiciens. Ses effets gravitationnels modifient le mouvement des galaxies et des étoiles d’une manière qui ne peut s’expliquer autrement. Comprendre la matière noire, c’est comprendre comment l’univers a évolué depuis le Big Bang il y a près de quatorze milliards d’années. Et si les axions existent réellement, ils pourraient être la clé de cette énigme cosmique.
Le problème qui a fait pleurer Sheldon et Leonard
Dans « The Big Bang Theory », série culte diffusée entre 2007 et 2019 et récompensée par sept Emmy Awards, les scénaristes ont glissé ce défi scientifique avec leur subtilité habituelle. Sur les tableaux blancs de l’appartement apparaissent des équations authentiques décrivant la génération d’axions à partir du Soleil. Dans un épisode ultérieur, une nouvelle équation surgit, suivie d’un visage triste dessiné dans une couleur différente : l’aveu d’un échec cuisant.
Zupan explique que les calculs de Leonard et Sheldon estimaient la probabilité de détecter des axions provenant d’un réacteur à fusion comparée à ceux provenant du Soleil. Leurs résultats s’avéraient décourageants, d’où leur mine déconfite. Le Soleil, gigantesque réacteur thermonucléaire naturel, produit une énergie colossale. La probabilité que des axions y soient générés puis atteignent la Terre dépasse largement celle de les voir produits dans un réacteur terrestre utilisant les mêmes mécanismes solaires.
C’est précisément là que les personnages fictifs ont échoué. Ils se sont limités à une seule approche, celle qui fonctionne dans le Soleil.
La solution : penser autrement que les étoiles
L’équipe de Zupan a adopté une perspective différente en étudiant un réacteur à fusion particulier, actuellement en développement dans le cadre d’une collaboration internationale dans le sud de la France. Ce réacteur fonctionnerait au deutérium et au tritium, dans une enceinte revêtue de lithium. Au-delà de la production d’énergie, il pourrait générer des particules du secteur sombre grâce au flux massif de neutrons créés pendant la fusion.
Les chercheurs ont identifié deux mécanismes distincts. Premièrement, lorsque les neutrons interagissent avec la matière des parois du réacteur, les réactions nucléaires résultantes peuvent créer de nouvelles particules. Deuxièmement, quand les neutrons rebondissent sur d’autres particules et ralentissent, ils libèrent de l’énergie dans un processus que les physiciens nomment bremsstrahlung, ou rayonnement de freinage.
Ces deux processus pourraient théoriquement générer des axions, ou du moins des particules apparentées. L’astuce résidait dans l’exploration de mécanismes absents dans les étoiles mais possibles dans les réacteurs terrestres. Sheldon et Leonard n’avaient pas envisagé ces alternatives.
Crédit : Journal of High Energy Physics (2025)Représentation schématique de la production et de la détection de nouvelles particules physiques dans les installations de fusion nucléaire.Quand la fiction inspire la science
Cette histoire illustre parfaitement la qualité scientifique remarquable de « The Big Bang Theory ». La série, toujours parmi les plus regardées sur les plateformes de streaming selon Nielsen, intégrait régulièrement des concepts authentiques comme le chat de Schrödinger ou l’effet Doppler, sans oublier les apparitions de véritables lauréats du prix Nobel.
Les équations sur les tableaux blancs n’étaient jamais mentionnées dans les dialogues, constituant des clins d’œil aux physiciens capables de les déchiffrer. Zupan souligne cette approche en couches : les blagues fonctionnent à plusieurs niveaux de compréhension, récompensant les spectateurs scientifiquement avertis avec des références que d’autres ne remarquent même pas.
Aujourd’hui, ces physiciens fictifs peuvent enfin sourire : leur problème a trouvé sa solution dans le monde réel.