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Mesurer l'antimatière

Antihydrogène

Les electrodes du piège Penning d'ALPHA sont insérés dans la chambre à vide et l'ensemble cryostat. Dans le piège, les positrons combinent avec des antiprotons pour former de l'antihydrogène

Photo : Niels Madsen ALPHA/Swansea

Radio-Canada

Une nouvelle étape majeure dans la mesure des propriétés des atomes d'antimatière vient d'être franchie par une équipe internationale à laquelle participent plusieurs physiciens canadiens.

Les premières mesures effectuées sur de l'antihydrogène ont été obtenues par l'expérience ALPHA, en collaboration avec le CERN.

En fait, ces travaux font suite à l'annonce, en juin 2011, que la même équipe avait réussi à piéger pour une longue durée des atomes d'antihydrogène.

La plus récente percée ouvre la voie à la possibilité de comparer des atomes de matière et des atomes d'antimatière, ce qui pourrait contribuer à démêler l'un des plus grands mystères de la physique des particules et, peut-être, nous permettre de comprendre pourquoi notre univers de matière existe.

Nous avons prouvé que nous pouvions sonder la structure interne de l'atome d'antihydrogène. C'est pour nous extrêmement prometteur. Nous savons désormais qu'il est possible de concevoir des expériences permettant de mesurer avec précision des antiatomes.

Une citation de Jeffrey Hangst, porte-parole de la collaboration ALPHA

L'expérience ALPHA a donc permis, pour la toute première fois, une mesure du spectre de l'antihydrogène.

Le spectre de l'antihydrogène

Les atomes d'hydrogène se composent d'un électron qui tourne autour d'un noyau. Il est possible d'exciter ces atomes avec de la lumière, si bien que leurs électrons passent alors sur une orbite plus haute, puis reviennent à leur état fondamental en émettant de la lumière. Les différentes fréquences de cette lumière émise constituent un spectre qui a été mesuré avec la plus grande précision et qui, dans le monde de la matière, appartient uniquement à l'hydrogène. Selon les principes de base de la physique, l'antihydrogène devrait posséder un spectre identique à celui de l'hydrogène. Le but ultime de la collaboration ALPHA est de mesurer ce spectre.

L'antimatière est l'une des plus grandes énigmes de la science. En 1931, le physicien anglais Paul Dirac avait prédit l'existence de l'antimatière, une matière « miroir » de celle que nous connaissons, mais qui s'annihile au contact de celle-ci.

Une citation de Le saviez-vous?

Départager l'Univers

L'Univers comme nous le connaissons semble être composé uniquement de matière.

Selon l'état de nos connaissances, la matière et l'antimatière ont été créées en quantité égale dans les instants suivant le Big Bang, mais il ne reste que la matière. Ce mystère laisse penser que la nature a dû avoir une petite préférence pour la matière. S'il est possible d'étudier les atomes d'antihydrogène en détail, les scientifiques disposeront d'un outil puissant pour comprendre le choix de la nature.

Repères

  • En 1995, le CERN produit 9 atomes d'antihydrogène
  • En 2002, des expériences montrent qu'il est possible de produire de grandes quantités d'antihydrogène
  • En 2010, les physiciens du CERN capturent 38 atomes d'antihydrogène pendant plus d'un dixième de seconde
  • En 2011, 309 atomes d'antihydrogène sont capturés pendant 1000 secondes dans une expérience menée au CERN

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