Il y a six ans, un physicien de l’atmosphère, Joseph Dwyer, a accidentellement fait voler son avion dans un nuage d’orage et a traversé une poche d’antimatière inattendue. Alors que nous savons que les positrons à haute énergie – la contrepartie de l’électron en antimatière – peuvent être causés par des rayons cosmiques entrant en contact avec l’atmosphère ou par des orages particulièrement actifs, ce que Dwyer a détecté ne pouvait être expliqué par aucun de ces scénarios.
“C’était si étrange que nous avons gardé cette observation pendant plusieurs années”, a déclaré Dwyer, de l’université du New Hampshire (États-Unis), à Davide Castelvecchi, de Nature.
Le vol en question a eu lieu le 21 août 2009, lorsque Dwyer, alors à l’Institut de technologie de Floride à Melbourne, en Floride, a entrepris de détecter les rayons gamma (rayons γ) – un rayonnement électromagnétique de très haute fréquence composé de photons de haute énergie. Il a installé un détecteur de particules sur un avion Gulfstream V et l’a fait voler le long de la côte de Géorgie. Malheureusement pour les nerfs de Dwyer, il est tombé sur une ligne d’orages et n’a eu d’autre choix que de les traverser.
“Pendant ces minutes effrayantes, le détecteur a capté trois pics de rayons γ à une énergie de 511 kiloélectronvolts, la signature d’un positron s’annihilant avec un électron”, explique Castelvecchi.
Lorsque nous parlons de l’annihilation d’un positron avec un électron, nous parlons de la collision entre un électron et un positron qui s’annihilent mutuellement pour produire des photons de rayons gamma dans un scénario à faible énergie, ou des particules telles que les bosons W et Z dans un scénario à haute énergie. En tant que forme d’antimatière, un positron possède des propriétés exactement opposées à celles de son homologue de la “matière normale”, l’électron, notamment une charge électrique inversée.
Si les scientifiques pensent qu’il y avait une abondance de matière et d’antimatière juste après le Big Bang, les particules d’antimatière sont devenues incroyablement rares, car si elles ne l’étaient pas, nous détecterions beaucoup plus de sursauts d’énergie révélateurs du processus d’annihilation. Cette extrême rareté ne fait que les rendre plus difficiles à détecter, car une fois que nous savons qu’elles sont là, il y a tellement de matière normale autour d’elles qu’elles sont instantanément transformées en quelque chose d’entièrement différent.
Les trois pics de rayons gamma de 511 kiloélectronvolts que Dwyer a enregistrés pendant son vol à travers l’orage faisaient partie d’un nuage temporaire – mesurant environ 1 à 2 kilomètres de diamètre – qui est resté en place assez longtemps pour que Dwyer puisse le traverser. Aujourd’hui, six ans plus tard, il essaie toujours de comprendre pourquoi. Castelvecchi explique à Nature :
“Les électrons qui se déchargent des nuages chargés accélèrent à une vitesse proche de celle de la lumière et peuvent produire des rayons γ très énergétiques, qui peuvent à leur tour générer une paire électron-positron lorsqu’ils frappent un noyau atomique. Mais l’équipe n’a pas détecté suffisamment de rayons γ avec une énergie suffisante pour le faire.
Une autre explication possible est que les positrons provenaient des rayons cosmiques, des particules provenant de l’espace qui entrent en collision avec des atomes dans la haute atmosphère pour produire des pluies de courte durée de particules hautement énergétiques, y compris des rayons γ…. Mais le mouvement des positrons aurait créé d’autres types de rayonnement, que l’équipe n’a pas vus.”
Dwyer prévoit de poursuivre son enquête sur ce qu’il a détecté lors de ce vol fatidique en 2009, mais il ne se met pas en danger cette fois-ci. Il envoie plutôt des ballons dans les orages pour voir ce qu’ils peuvent détecter. Heureusement, les ballons ne ressentent pas la peur.
Source : Nature