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L'antimatière

En 1928, alors que le mathématiciens Britannique Paul Dirac développait les équations fondamentales de la mécanique quantique , il constata un dédoublement systématique des solutions.
Pour chaque solution (particule) de masse et de charge électrique donnés, existe une autre solution de la même masse mais d’une charge électrique opposée.
Pour différentier ces deux solutions symétriques , les physiciens ont nommé « particule » les constituants habituels de la matière ( neutron , électron … ) et « antiparticules » les solutions symétriques ( antiproton , antiélectron ou positron ).

Matière et antimatière sont donc comme le positif et le négatif d’une même image. Mais attention au langage : le négatif ne l’est que parce qu’il y a un positif .
Quant une antiparticule rencontre une vrai particule, elles s’anéantissent l’une l’autre et disparaissent tout en dégageant une énergie colossale. Inversement de l’énergie peut donner naissance à des paires particule-antiparticule . Pour montrer combien cette énergie est énorme , comparons la à l’énergie nucléaire, la plus puissante aujourd’hui disponible .
Lors des réactions nucléaire les centrales consomment de l’uranium dont elles convertissent un millième seulement de la masse en énergie. Le rendement donc de ces réacteurs est très très petit ( 1 millièmes !).
Or, dans la réaction matière antimatière, la conversion est total, le rendement est de 100% : 1 kilogramme d’hydrogène associé à sa contrepartie d’antimatière dégagerait autant d’énergie qu’une centrale géante pendant 10 ans de fonctionnement .
Mais contrairement à ce qu’avaient imaginé certains scénaristes de science- fiction , l’antimatière ne sera jamais un combustible idéale pour les vaisseaux spatiaux car pour fabriquer de l’antimatière dans les accélérateurs de particules , il nous faut dépenser des milliards de fois plus d’énergie que ce que l’on retient , sans oublier que la quantité de matière fabriquée jusqu'à présent ne suffit même pas à remplir une petite cuillère d’antiatomes .

En 1932 le physicien américain Carl Anderson fut le premier à observer la trace d’un électron positif «le positron », formé après impact d’un rayon cosmique dans une chambre à brouillard, l’antiélectron existe donc bel et bien, mais pour l’observer il faut le surprendre au moment de sa brève apparition, qui est aussitôt suivie d’une rapide disparition, car dans le notre monde de matière il fini fatalement par rencontrer un électron avec lequel il s’anéantit instantanément, cet anéantissement mutuel est appelé annihilation.

La découverte du positron en 1932, a été suivi par celle de l’antiproton en 1955 puis l’antineutron en 1960.
Mais irait-on jusqu'à produire des antiatomes et antimolécules ? Jusqu'à présent, seul l’antihydrogène a été créé dans les laboratoires du CERN …

une dissymétrie de comportement
Reportons nous maintenant au tous premiers instants de l’Univers, juste après le big bang .
Une quantité phénoménale d’énergie donne naissance à autant de matière que d’antimatière (chaque unité d’énergie se transforme en une paire particule- antiparticules ).
Pourtant nous somme bien faits de matière et non d’antimatière et l’univers tout entier n’est constitué que de particules de matière .
Ou est donc passé l’antimatière ?
Pour répondre à cette question, on supposa d’abord l’existence de galaxie lointaines faites d’antimatière. Mais aucune aucun instrument n’a jamais détecté leur présence, la question reste toutefois en suspens.
L’idée la plus répandue aujourd’hui est celle selon laquelle une violente guerre aurait opposé matière et antimatière, au tous premiers instants de l’Univers à une température très élevée qui était de 10¹⁹ GeV.
Le conflit baryons-antibaryons s’est soldé au profit des premiers, plus nombreux.
Pour déterminer l’ampleur de cet dissymétrie il nous suffit de calculer le rapport entre le nombre de baryons et le nombre de photons présents dans l’Univers actuel.
Mais les photons actuels ne proviennent pas tous de l’affrontement baryons- antibaryons, certains par exemple sont issus de chocs entre leptons et antileptons.
Connaissant le nombre de particules présentes dans l’Univers primordial (photons, leptons …) on peut aisément mesurer le déséquilibre initial entre matière et antimatière avant annihilation.
On estime le surplus de matière à un milliardième : à peu près un milliard et une particule pour un milliard d’antiparticules.
Même infime cette dissymétrie reste très difficile à justifier. Si l’Univers était initialement symétrique . comment la matière a t-elle pu prendre le dessus sur l’antimatière ?
A l’origine de cette dissymétrie, une différence de comportement. Effectivement , on a pu observer en laboratoire que à très haute température , une dissymétrie de comportement existait bien entre matière et antimatière mais elle était extrêmement faible .
Pour Expliquer l’existence de la matière dans l’Univers actuel en quantité suffisante malgré l’infime différence de comportement, les physiciens ont proposé un mécanisme permettant de générer l’asymétrie entre particules et antiparticules.
Les protagonistes de ce mécanisme aussi appelé modèle X, sont les particules X de masse très très élevée( un million de milliards de fois plus lourdes que le proton) et qui se désintègrent lentement. Il ne faut pas confondre désintégration et annihilation. La Désintégration entraîne la mort par éclatement d’une particule au bout de sa durée de vie ( la radioactivité en est l’exemple le plus connu).

Pour que ces particules provoque une asymétrie on suppose que les particules X peuvent se désintégrer de deux façons différentes, caractérisées par des nombres baryoniques différents.
Sachant que les antiparticules X barre se désintégrant dans les antiparticules correspondantes, il suffit que les probabilités de désintégration des X barre différent de celles de X pour que le mécanisme viole la symétrie. Autrement dit X et X barre doivent avoir la même espérance de vie mais des sorts différents en se désintégrant.
Malheureusement ces particules sont hors de portée des accélérateurs actuels.
Récemment, les physiciens des particules se sont aperçus qu’il était possible qu’une asymétrie matière-antimatière apparaisse dans le modèle mathématique standard de la physique des particules, mais les calculs sont plus que délicats et les experts ne se sont pas, pour l’heure, accordés sur ce dernier point.

En scrutant le cœur de la matière, les physiciens ont découvert un monde miroir du notre , celui de l’antimatière !
Mais qu’est ce que l’antimatière, et comment celle-ci peut-elle être à la fois le contraire de la matière, et partager avec elle un si grand nombre de caractères communs ? Ou est passé l’antimatière ?
Modèles et expériences s’accumulent . . .

source: "La Recherche", "Sc & vie" ...