L’antimatière a été l’une des découvertes physiques les plus passionnantes du 20e siècle. Repris par des auteurs de fiction tels que Dan Brown, beaucoup de gens le considèrent comme une idée théorique « là-bas » – ignorant qu’elle est réellement produite tous les jours. De plus, la recherche sur l’antimatière nous aide à comprendre le fonctionnement de l’univers.
L’antimatière est un matériau composé de soi-disant antiparticules. On croit que chaque particule que nous connaissons a un compagnon d’antimatière qui est pratiquement identique à lui-même, mais avec la charge opposée., Par exemple, un électron a une charge négative. Mais son antiparticule, appelée positron, a la même masse mais une charge positive. Quand une particule et son antiparticule se rencontrent, ils s’annihilent – disparaissant dans un éclat de lumière.
De telles particules ont été prédites pour la première fois par le physicien britannique Paul Dirac lorsqu’il essayait de combiner les deux grandes idées de la physique moderne: la relativité et la mécanique quantique. Auparavant, les scientifiques étaient perplexes par le fait qu’il semblait prédire que les particules pourraient avoir des énergies plus basses que lorsqu’elles étaient au « repos” (c’est-à-dire à peu près ne rien faire)., Cela semblait impossible à l’époque, car cela signifiait que les énergies pouvaient être négatives.
Dirac, cependant, a accepté que les équations lui disaient que les particules remplissaient vraiment toute une « mer” de ces énergies inférieures – une mer qui était jusqu’à présent invisible pour les physiciens car elles ne regardaient que « au-dessus de la surface”. Il a imaginé que tous les niveaux d’énergie” normaux « qui existent sont représentés par des particules” normales »., Toutefois, lorsqu’une particule saute d’un niveau d’énergie inférieur, il apparaît comme une particule normale, mais laisse un « trou”, qui nous apparaît comme un étrange miroir-image de particules d’antimatière.
Malgré le scepticisme initial, des exemples de ces paires particules-antiparticules ont rapidement été trouvés. Par exemple, ils sont produits lorsque les rayons cosmiques frappent l’atmosphère terrestre. Il existe même des preuves que l’énergie dans les orages produit des anti-électrons, appelés positrons., Ceux-ci sont également produits dans certaines désintégrations radioactives, un processus utilisé dans de nombreux hôpitaux dans les scanners de tomographie par émission de positons (TEP), qui permettent une imagerie précise dans le corps humain. De nos jours, les expériences du Grand collisionneur de hadrons (LHC) peuvent également produire de la matière et de l’antimatière.
Mystère matière-antimatière
La physique prédit que la matière et l’antimatière doivent être créées en quantités presque égales, et que cela aurait été le cas pendant le Big Bang., De plus, on prédit que les lois de la physique devraient être les mêmes si une particule est échangée avec son antiparticule – une relation connue sous le nom de symétrie CP. Cependant, l’univers que nous voyons ne semble pas obéir à ces règles. Il est presque entièrement fait de matière, alors où est passée toute l’antimatière? C’est l’un des plus grands mystères de la physique à ce jour.
Des expériences ont montré que certains processus de désintégration radioactive ne produisent pas une quantité égale d’antiparticules et de particules. Mais il ne suffit pas à expliquer la disparité entre les quantités de matière et d’antimatière dans l’univers. Par conséquent, des physiciens comme moi-même au LHC, sur ATLAS, CMS et LHCb, et d’autres faisant des expériences avec des neutrinos tels que T2K au Japon, sont à la recherche d’autres processus qui pourraient expliquer le casse-tête.,
D’autres groupes de physiciens tels que la collaboration Alpha au CERN travaillent à des énergies beaucoup plus faibles pour voir si les propriétés de l’antimatière sont vraiment le miroir de leurs partenaires de la matière. Leurs derniers résultats montrent qu’un atome d’hydrogène (composé d’un anti-proton et d’un anti-électron, ou positron) est électriquement neutre à une précision inférieure au milliardième de la charge d’un électron., Combiné avec d’autres mesures, cela implique que le positron est égal et opposé à la charge de l’électron à mieux qu’une partie sur un milliard – confirmant ce que l’on attend de l’antimatière.
Cependant, de nombreux mystères demeurent. Des expériences cherchent également à déterminer si la gravité affecte l’antimatière de la même manière qu’elle affecte la matière. Si ces symétries exactes sont rompues, cela nécessitera une révision fondamentale de nos idées sur la physique, affectant non seulement la physique des particules, mais aussi notre compréhension de la gravité et de la relativité.,
De cette façon, les expériences sur l’antimatière nous permettent de mettre notre compréhension du fonctionnement fondamental de l’univers à des tests nouveaux et passionnants. Qui sait ce que nous allons trouver?
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