Dans quelle mesure est-il vrai que les atomes sont immortels (et si oui, pourquoi tout ce qui vit meurt-il) ?

Rien ne vient de nulle part; rien ne peut devenir rien.

Cette idée est née il y a bien longtemps. Déjà dans la cosmologie du Moyen-Orient antique et du grec ancien, par exemple, il existait la notion que l'univers s'était formé de matière éternelle.

Bien des siècles et des pensées plus tard apparaissait la phrase : "Dans la nature, rien ne se crée, rien ne se perd, tout se transforme".

Elle paraphrase le père de la chimie moderne, Antoine Lavoisier, qui a démontré en 1785 ce principe fondamental de la science, connu comme la loi de conservation de la matière.

Les unités de base de cette matière éternelle sont les atomes... cela veut-il dire qu'ils sont immortels? Et si c'est le cas, pourquoi tout ce qui vit -composé d'eux- meurt?

Ce sont là des questions immenses sur quelque chose d'infime, alors pour ne pas nous perdre, commençons par le commencement, avec l'aide du physicien Marco van Leeuwen, du Nikhef, le Laboratoire national de physique des particules des Pays-Bas.

"Pour autant que nous le sachions, la plupart de la matière que nous connaissons provient du Big Bang, lorsque la densité d'énergie était si grande qu'il n'y avait pas de matière", dit-il.

"Tout était de l'énergie, poursuit-il, mais à mesure que les choses se sont étendues et refroidies, la matière s'est produite".

Toute cette matière est faite d'atomes, de l'eau que vous voyez couler jusqu'aux nuages dans le ciel et les étoiles dans le firmament.

Maintenant, chaque atome a deux parties principales.

"Le noyau, qui contient des protons et des neutrons, et un nuage d'électrons".

Mais le nombre de protons, de neutrons et d'électrons peut changer, "donc ils ne restent pas nécessairement les mêmes".

Les protons peuvent devenir des neutrons et des viscères, ce qui est important car c'est leur équilibre délicat qui donne aux atomes leurs propriétés uniques.

Si le nombre de protons ou de neutrons change, le type d'atome change, et cela signifie qu'il devient un élément différent.

"Un exemple est le potassium, que l'on trouve dans les bananes. S'il se décompose, il se transforme en calcium, un élément complètement différent".

De plus, les atomes peuvent se désintégrer en se détachant des protons et des neutrons à la fois, devenant un nouvel atome plus petit.

Cela signifie-t-il que l'atome originel disparaît? Est-ce cela veut dire que les atomes ne sont pas immortels?

"C'est une question intéressante. Une façon de répondre est que pour un physicien, l'atome survit, il a juste changé un peu. Mais pour un chimiste, si vous changez le potassium en calcium ou autre chose, c'est une substance complètement différente", explique-t-il.

Pour Van Leeuwen, qui est un physicien, les atomes sont immortels, en ce sens que même s'ils perdent quelques particules, ils restent l'atome originel.

Une tasse en verre qui a perdu sa poignée est toujours une tasse, même s'il vaut peut-être mieux l'appeler un verre.

Mais que se passerait-il si le plus petit atome de tous, l'hydrogène, qui n'a qu'un proton et un électron, perdait l'un d'eux?

Cesserait-il d'être un atome? Cesserait-il d'être... d'exister?

Différent mais égal

"Un atome d'hydrogène est super simple", confirme le physicien théoricien du CERN Matthew McCullough, qui se consacre à essayer de comprendre comment les particules qui composent notre univers se comportent.

La question est de savoir si ces atomes simples se désintègrent.

"Pour autant que nous le sachions, non", dit-il.

Ça n'a jamais été vu, mais ça ne veut pas dire que ça ne peut pas arriver.

Il est possible que les atomes d'hydrogène perdent des particules trop lentement pour être détectés. Quand le premier aura fini, les humains seront peut-être déjà éteints.

"Mais nous pouvons calculer une limite à la vitesse à laquelle un proton se désintègre et semble prendre plus de 103 ans".

C'est 10 avec 34 zéros plus tard. D'un point de vue humain, c'est beaucoup plus que la durée probable de la vie de notre espèce et de notre système solaire.

En fait, c'est beaucoup, beaucoup plus long que l'âge de l'univers : c'est le temps écoulé depuis le Big Bang, multiplié par un milliard, multiplié par un nouveau milliard.

Il semble donc que les atomes d'hydrogène pourraient être le meilleur candidat pour devenir immortels.

"C'est une question essentiellement spéculative", note McCullough.

"En termes pratiques, oui, je dirais que les atomes sont immortels. En termes absolus, je ne pense pas qu'ils le soient".

Donc, techniquement, les atomes peuvent ne pas être immortels. Même le plus petit atome, l'hydrogène, pourrait se désintégrer en un éclair de lumière.

Mais cela prendrait tellement de temps que, du point de vue de la vie sur la planète Terre, nous pouvons l'ignorer.

Jusqu'ici, si vous êtes prêt à accepter qu'un type d'atome qui devient un autre type -comme le potassium se décompose en calcium- reste le même, les atomes semblent immortels.

Mais que se passe-t-il si nous allons au CERN, qui abrite le Grand Collisionneur de Hadrons, où des particules s'écrasent à toute vitesse. Cela pourrait-il détruire un atome?

Tueurs d'atomes

Le CERN est le plus grand laboratoire de physique des particules au monde, et c'est là que le physicien Van Leeuwen travaille sur ALICE, l'acronyme d'A Large Ion Collider Experiment, qui signifie 'une grande expérience de collisionneur d'ions'.

"Quelque chose que nous faisons est que nous colligeons des ions de plomb à une énergie très élevée. Ce qui se passe, c'est qu'elles sont presque entièrement transformées en énergie pure, puis elles se décomposent en de nombreux morceaux", dit-il.

"Dans ces collisions nous produisons une température très élevée, 100.000 fois celle du noyau du soleil. A ces températures, le noyau fond et vous obtenez un liquide composé principalement de quarks et de gluons".

Les quarks et les gluons sont de minuscules particules qui forment les protons et les neutrons dans le noyau d'un atome. Et quand vous faites entrer en collision deux atomes, vous obtenez ce que les experts appellent le plasma quark-gluon.

L'atome est "complètement détruit", note Van Leeuwen, ce qui efface sa qualité d'immortel.

La question serait de savoir si ce genre de collisions à haute vitesse de deux atomes se produisent en dehors des laboratoires... et il s'avère que oui.

"Dans l'univers il y a des particules de haute énergie, que nous appelons les rayons cosmiques, et quand ils frappent un atome, ils peuvent aussi le détruire", dit-il.

"Cela se produit occasionnellement dans l'atmosphère : si l'énergie est suffisamment élevée, elle chauffe tellement le noyau qu'il s'évapore ou fond".

Bien que les atomes ne se heurtent pas trop souvent aux rayons cosmiques, cela arrive, et c'est là qu'ils finissent leur vie éternelle... s'ils n'ont pas eu la malchance de finir dans l'expérience de Van Leeuwen.

"Nous sommes des tueurs d'atomes", avoue-t-il.

Donc, les atomes n'ont pas de fils immortels.

Mais la grande majorité de ceux qui composent la planète Terre se déroulent lorsque nous sommes murés, lorsque nos enfants sont morts et même lorsqu'ils éteignent la race humaine.

Ainsi, même s'ils ne sont pas techniquement immortels, de notre point de vue d'êtres mortels, ils pourraient très bien l'être.Mais alors, pourquoi tout ce qui vit meurt-il ?« Je pense qu'il y a une différence entre l'immortalité et la mortalité par rapport à la vie », souligne l'astrobiologiste Betül Kaçar de l'université du Wisconsin-Madison aux États-Unis.

Atomes qui pensent

Kaçar cherche la vie au-delà de la Terre, donc il pense beaucoup à la vie elle-même.

"Nous sommes composés de produits chimiques. Il n'y a aucun doute à ce sujet, dit-il. Mais il est certainement arrivé quelque chose de très unique sur notre planète que nous n'avons vu nulle part ailleurs : c'est le seul endroit où les atomes font la transition vers un état qui montre un comportement vivant".

Qu'est-ce qui fait que certains atomes s'unissent en une étoile étonnante mais qui n'est pas vivante et d'autres s'unissent pour créer la vie? Qu'y a-t-il de spécial dans un groupe d'atomes qui fait que quelque chose est vivant?

"Pensez à un flocon de neige : des produits chimiques s'assemblent, prennent une forme stable, existent pendant un certain temps".

Si à ce moment-là je pouvais donner naissance "à d'autres flocons de neige, qui produiraient plus de flocons de neige, et formeraient ensuite une communauté, formant un biome complet, formant un écosystème complet, changeant la planète", cette configuration précise d'atomes compterait comme vivante.

Mais les flocons de neige ne font que fondre. Au lieu de cela, les bactéries, les plantes et les animaux, ils peuvent faire de nouvelles versions d'eux-mêmes.

"C'est la différence entre une collection d'atomes statiques et la vie. C'est toujours la même chimie, mais cette fois-ci, la vie est une chimie qui a de la mémoire", dit-il.

"Alors peut-être nous avons besoin de séparer la vie de sa composition, et plutôt essayer de l'extraire comme un comportement. C'est pourquoi la reproduction, la concurrence, la coopération, les différentes dynamiques dans le temps entrent en jeu".

La vie est donc plus qu'une combinaison de différents atomes. Il s'agit de la façon dont ces atomes interagissent les uns avec les autres, ce qui peut sembler vague, mais décrire la vie n'est pas la tâche la plus facile.

"Nous devons absolument résister aux récits simples. Oui, bien sûr, nous pouvons voir que la vie a besoin de se reproduire, mais beaucoup de chimistes peuvent aussi créer plus de produits chimiques.

"Il y a une sorte de chimie de l'intelligence, pour ainsi dire, qui est codée dans la capacité de la vie. Et nous avons besoin de comprendre comment ce type de comportement se développe à partir d'un simple ensemble de produits chimiques. C'est ce sur quoi nous travaillons".

En attendant, il y a des choses que nous savons.

"Il y a des millions de fois plus d'atomes dans votre corps que le nombre estimé d'étoiles dans l'univers connu".

Et les nombreux atomes dont nous sommes faits ne sont pas gaspillés quand nous mourons. Ils deviennent une partie de plus de vie, des autres humains aux petits microbes.

"Dans un sens très profond, nous sommes immortels car nos atomes, après que nous soyons partis, seront ici, et ils seront une source de nourriture pour autre chose", affirme-t-il.

"Même après que les humains s'éteignent, il y aura différentes formes de vie sur cette planète qui prospéreront avec elle. En ce sens, nous sommes éternels".

Nous sommes aussi une version de la vie avec "une capacité que nous croyons qu'aucune autre créature vivante n'a : la capacité de questionner, demander, s'émerveiller".

"Si vous pensez -il ajoute-, nous pourrions être la seule composition d'atomes dans l'univers qui réfléchit sur son existence".

"Fondamentalement, nous sommes un tas d'atomes qui remettent en question leur propre mortalité".