La notion de antimatière fascine les chercheurs et les créateurs de fiction depuis des décennies. L’idée de l’existence de « jumeaux opposés » aux particules conventionnelles – les antiprotons ont une charge négative par rapport aux protons positifs, tandis que les antiélectrons sont des « positons » par rapport aux électrons négatifs – ce qui est Ils s’autodétruisent s’ils entrent en contact avec leur contraire a conduit à imaginer des armes d’une destruction inimaginable, des moteurs pour l’exploration spatiale et même d’authentiques univers parallèles. La réalité derrière cet élément mystérieux serait cependant bien plus prosaïque.
La principale difficulté de l’étude de l’antimatière est qu’elle est très difficile à trouver. Théoriquement, cependant, il devrait être aussi omniprésent dans l’univers que la matière dont il est le reflet : quelque chose d’aussi commun que potassium d’une banane produit positons, qui sont rapidement éliminés par les électrons environnants. Cette « asymétrie baryonique » a conduit à une hypothèse suggestive : l’antimatière serait repoussé par la gravité au lieu d’être attiré comme le reste de l’univers matériel, ce qui expliquerait la difficulté de le trouver dans notre environnement. Une expérience confirme désormais qu’il est soumis à les mêmes lois gravitationnelles.
La même théorie de la relativité formulée par Albert Einstein en 1932 impliquait que l’antimatière devait être gouvernée par les mêmes forces qui gouvernent l’Univers. Cependant, « personne n’avait pu observer directement si une particule de antihydrogènepar exemple, déplacerait en haut au lieu de descendre dans un champ gravitationnel », explique Jonathan Wurtele, chercheur en physique des plasmas à l’Université de Berkeley et à l’Appareil de physique des lasers à antihydrogène (ALPHA) du CERN en Suisse. Selon les résultats de l’expérience maintenant publiés par le Revue naturela l’antimatière tombe également attirée par la gravité.
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Les chercheurs ne pouvaient pas proposer, selon leurs propres mots, une expérience de « Tour de Pise » comme celle attribuée de manière apocryphe à Galilée. La légende raconte que l’astronome italien aurait lancé une boule de plomb et une autre boule de bois depuis le dernier étage de la tour penchée pour prouver que, sous l’effet de la gravité, ils toucheraient le sol en même temps. Cela peut être démontré dans un laboratoire de conditions de vide, mais l’antimatière est plus insaisissable. « N’importe quel champ électrique attirera la particule plus que la gravité », explique un autre chercheur, Joel Fajans. Et au contact de la matière qui l’attire, il est immédiatement détruit.
Expérience alpha-g avec de l’antimatière
Wurtele et Fajans ont commencé à travailler en 2016 avec de l’antihydrogène, avec une charge neutre qui résiste à l’attraction électrique. En 2018, ils ont construit le Mécanisme ALPHA-g, un piège magnétique pour ces atomes. Il s’agit d’un récipient de 25 centimètres de haut, dont l’intérieur est maintenu à 0,5ºC et les particules sont contenues par un champ magnétique généré par de puissants aimants aux deux extrémités. Ensuite, le le récipient tient debout. Si la majorité des particules dépassent la résistance de l’aimant restée en dessous, cela signifie qu’elles sont attirées par la force de gravité.
Les particules d’antimatière se sont désintégrées en pions en touchant le fond du récipient, ce qui a permis de mesurer que 80% des molécules ne pouvaient échapper à la gravité. « Si vous interrogez des physiciens dans les couloirs de ce département sur ce résultat, ils vous diront que c’est exactement ce à quoi ils s’attendaient », réfléchit Wurtele. « Mais ils vous diront aussi que nous avons dû faire l’expérience juste pour en être sûr. Nous ne voulons pas être le genre de gens stupides qui n’explorent pas les possibilités de la nouvelle physique simplement parce qu’ils pensent avoir déjà les connaissances nécessaires. réponse, et cela finit par être quelque chose de complètement différent. »
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