L’antimatière a été étudiée avec une précision inédite par des chercheurs du CERN.
Des chercheurs du CERN, l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire, ont caractérisé avec une précision inédite l’antihydrogène, en étudiant 15 000 de ces anti-atomes. Cent fois plus précise que la précédente, cette nouvelle analyse publiée dans Nature promet d’aider les scientifiques à comprendre la différence entre la matière et l’antimatière, l’une des grandes énigmes de l’Univers.
Pour rappel, il faut savoir que l’antimatière est la même chose que la matière, mais avec des charges électriques opposées. Matière et antimatière ont été produites en quantités égales quelques instants après le big-bang, et elles auraient dû s’annihiler immédiatement (car elles ne peuvent cohabiter). Or, l’Univers actuel ne contient presque pas d’antimatière. Où est-elle passée? D’où vient cette asymétrie? Ce mystère taraude les physiciens, qui réussissent depuis quelques années à produire artificiellement de petites quantités d’antimatière, notamment de l’antihydrogène, dans le décélérateur d’antiprotons du CERN.
Ainsi, l’équipe de l’expérience ALPHA, au CERN, a produit des atomes d’antihydrogène, constitués d’un anti-proton et d’un positon, et a réussi à les capturer dans un piège magnétique, où ils ont pu être étudiés au moyen de lasers.
En 2011, les chercheurs de l’expérience ALPHA avaient déjà annoncé avoir piégé des atomes d’antimatière pendant plus de 16 minutes. Un exploit, sachant que dès qu’ils interagissent avec de la matière, ils se désintègrent instantanément. Les travaux publiés aujourd’hui dans Nature sont donc la suite logique de ce travail.
Pour étudier ces mystérieux atomes, les chercheurs génèrent à l’aide de lasers des transitions entre différents états d’énergie des anti-atomes. « Avec nos techniques uniques, nous sommes désormais capables d’observer en détail la structure d’atomes d’antimatière, en seulement quelques heures au lieu de quelques semaines. Cela aurait été inimaginable il y a encore quelques années », expliquait en août 2017 le porte-parole de l’expérience ALPHA, Jeffrey Hangst. Plus précisément, les chercheurs analysent les « raies spectrales » des atomes d’antihydrogène, c’est-à-dire la façon dont ils absorbent les différentes longueurs d’ondes et les émettent.
« La précision que nous atteignons dans cette étude est un accomplissement ultime, explique Jeffrey Hangst aujourd’hui. Nous avons tenté d’atteindre ce degré de précision pendant 30 ans, et nous y sommes enfin parvenus.»
Le décélérateur d’antiprotons
Dispositif unique en son genre, « il ralentit des antiprotons (antiparticules des protons) à une énergie de 5,3 MeV, la plus basse possible dans cette machine de 182 mètres de circonférence. Les antiprotons sont ensuite envoyés vers des expériences qui les étudient ou les utilisent pour fabriquer des atomes d’antimatière. Plus les antiprotons sont lents (autrement dit, moins ils ont d’énergie), plus il est facile pour les expériences de les étudier ou de les manipuler », selon le site du CERN.
Pour en savoir plus sur ce qu’il reste à découvrir en physique, consultez notre article.