Pour la première fois, des physiciens américains ont réussi à mesurer la force qui attire les particules d’antimatière les unes vers les autres. Et, étonnamment, cette force n’est pas très différente de la force d’attraction qui maintient la matière ordinaire ensemble.
Ces résultats nous rapprochent un peu plus de la compréhension de l’un des plus grands mystères de notre Univers : pourquoi il y a tellement plus de matière que d’antimatière, et suggèrent que le déséquilibre n’est pas dû à l’incapacité des antiparticules à “coller” ensemble.
Pour chaque particule qui existe – électrons, protons, quarks – il existe une antiparticule égale et opposée, qui a une charge électrique et un spin opposés, et ces antiparticules constituent ce que l’on appelle l’antimatière. Lorsque l’Univers s’est formé, les physiciens pensent que des quantités égales d’antimatière et de matière ont été produites, mais aujourd’hui il est très difficile de trouver de l’antimatière naturelle.
C’est une bonne chose, car lorsque l’antimatière et la matière interagissent, elles s’annihilent mutuellement, et nous ne serions probablement pas là s’il y avait plus d’antimatière à affronter. Nous ne serions donc probablement pas là s’il y avait plus d’antimatière à affronter. Mais c’est aussi une source de confusion, car les physiciens ne parviennent pas à comprendre pourquoi toute l’antimatière, mais pas la matière ordinaire, a disparu.
Depuis des décennies, les scientifiques s’efforcent de comprendre le comportement des antiparticules, ce qui constitue un défi en soi. Parce qu’il y a tellement de matière ordinaire partout, l’antimatière est rapidement détruite. Jusqu’à présent, les physiciens se sont limités à créer quelques atomes d’antihydrogène à la fois.
Mais aujourd’hui, une équipe de l’université Rice, aux États-Unis, a réussi à créer des antiprotons en faisant s’entrechoquer des ions d’or lourds, et a trouvé le moyen de mesurer la force qui attire les antiprotons les uns vers les autres pour la première fois.
Pour ce faire, ils ont mesuré la longueur de diffusion – c’est-à-dire la déviation des particules lorsqu’elles se déplacent de la source à la destination – et la portée effective de l’interaction entre deux antiprotons, c’est-à-dire la distance à laquelle les antiprotons doivent se trouver avant de commencer à s’influencer mutuellement, comme des aimants.
Une fois ces mesures effectuées, l’équipe a pu comparer la force d’attraction entre les antiprotons et les protons ordinaires : “Il s’agit d’une différence subtile dans la façon dont la matière et l’antimatière interagissent l’une avec l’autre”, a déclaré Frank Geurts, l’un des principaux chercheurs de l’université Rice.
Leurs résultats montrent que, curieusement, les forces d’attraction ne sont pas du tout différentes. Et cela écarte certaines des principales hypothèses concernant le déséquilibre des deux types de matière dans l’Univers.
“Il se pourrait que l’antimatière n’ait pas la même force d’attraction que la matière et cela aurait permis d’expliquer comment ces différences, pendant la partie initiale du Big Bang, auraient pu faire que l’antimatière n’ait pas survécu sous la forme d’étoiles et de planètes, comme la matière l’a fait”, a déclaré Geurts.
“C’est là que cette recherche est utile. Les interactions entre deux particules d’antimatière s’avèrent être assez similaires à celles des particules de matière. Nous n’aurons peut-être pas de solution au problème global, mais nous avons définitivement éliminé une option”, a-t-il ajouté.
Pour ceux qui jouent le jeu à la maison, la longueur de diffusion des antiprotons était de 7,41 femtomètres, et la portée effective de 2,14 femtomètres – presque identique à celle de leurs homologues protoniques. Pour mettre en perspective la précision de ces mesures, un femtomètre correspond à un millionième de nanomètre (soit un milliardième de mètre).
“Cette découverte n’est pas une surprise”, a déclaré Kefeng Xin, un doctorant qui a effectué la majorité des calculs. “Nous étudions l’interaction entre les nucléons (particules qui composent le noyau d’un atome) depuis des décennies, et nous avons toujours pensé que les forces entre les particules d’antimatière étaient les mêmes que pour la matière. Mais c’est la première fois que nous sommes capables de la quantifier”
Donc, maintenant que nous savons que les antiparticules sont attirées les unes vers les autres tout autant que les particules régulières, et que le déséquilibre dans l’Univers n’est pas le résultat d’une sorte d’incapacité à se lier, qu’est-ce qui pourrait expliquer autrement l’absence d’antimatière dans l’Univers ? La réponse n’est pas si simple, comme l’explique la BBC :
“Par exemple, les neutrinos (un autre élément fondamental de l’Univers) pourraient être leurs propres antiparticules. Des différences dans la façon dont les particules de neutrinos ont interagi après le Big Bang pourraient avoir conduit à un léger excès de matière qui a permis à notre Univers d’exister.”
Nous sommes encore loin de savoir exactement ce qui s’est passé pour se débarrasser de la majeure partie de l’antimatière de l’Univers, mais chaque fois que nous en apprenons davantage sur ces mystérieuses particules, nous nous en rapprochons un peu plus. Nous sommes impatients d’en savoir plus.
Les résultats ont été publiés dansNature.