Des scientifiques piègent l'antimatière pour la première fois


Commençons par l'évidence. Chaque objet dans l'univers est fait de matière. Toute matière prend de la place et possède donc une masse. Maintenant, selon l'équation la plus célèbre de tous les temps, E = mc2, la masse n'est rien d'autre qu'une forme d'énergie. Il peut être converti en énergie à la vitesse de la lumière multipliée par la vitesse de la lumière. Le truc, c'est que la lumière se déplace à 3 millions de mètres par seconde, donc c'est une distance si énorme qu'elle-même est insondable, sans parler d'elle-même au carré.

Peu importe. Le fait est que l'équation fonctionne dans les deux sens: l'énergie peut devenir une masse. Cependant, comme l'explique le physicien Rolf Landua dans sa vidéo TED-Ed: "Comme deux devises avec un taux de change énorme, 90 billions de joules d'énergie équivalent à 1 gramme de masse." Ainsi, plus d'énergie que celle libérée par la bombe de Nagasaki ne serait nécessaire pour former quelque chose de la taille d'un trombone. Nous n'avons pas les moyens de le faire, mais le CERN s'en rapproche.

Situé près de Genève, en Suisse, le CERN est l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire. Il se trouve également qu'il est le berceau du World Wide Web, vous pouvez donc le remercier pour votre capacité à lire cet article en premier lieu. Mais ne nous éloignons pas. En ce qui concerne notre sujet, le CERN exploite le plus grand laboratoire de physique des particules au monde. Toutes ses machines sont engagées à répondre à la question: "De quoi l'univers est-il fait?"

Matière et antimatière

La physique des particules dit que l'univers est fait de matière et d'antimatière. Maintenant, nous connaissons tous la théorie du Big Bang, le phénomène qui a créé toute la matière dans l'univers. D'où vient donc l'antimatière? Entrez Paul Dirac, auteur d'une équation moins célèbre.

En physique, la matière est constituée d'atomes et les atomes sont constitués de particules telles que les protons et les électrons. Les protons portent une charge électrique positive tandis que les électrons en portent une négative. Basé en partie sur l'équation d'Einstein, Dirac a prédit que chaque particule dans l'univers a un jumeau, une anti-particule avec des charges électriques inversées. Comme l'explique le site Web du CERN, «tout comme l'équation x2 = 4 peut avoir deux solutions possibles (x = 2 ou x = -2). » Matière, antimatière. Dirac a eu raison et a remporté le prix Nobel de 1933.

Cela peut ressembler à de la science-fiction, mais selon Symétrie magazine, la banane moyenne émet un anti-électron (appelé positron) toutes les 75 minutes en raison des atomes de potassium à l'intérieur. Cependant, quand l'antimatière touche la matière, elles s'annihilent toutes les deux - pouf! La masse se transforme en énergie. C'est ce qui arrive aux positrons de banane lorsqu'ils entrent en collision avec des électrons dans l'air.

Maintenant, selon la même logique, nous ne devrions pas tous exister. Le Big Bang aurait dû produire des quantités égales de matière et d'antimatière, qui auraient dû se détruire mutuellement et ne laisser que de l'énergie. Pourtant nous y voilà. De toute évidence, il y a plus de matière dans l'univers. Il y a plus dans l'antimatière que ne le suggère l'équation de Dirac, et c'est ce qui anime la physique des particules.

Prendre l'antimatière entre leurs mains

Le CERN est une «usine d'antimatière» depuis 1995, lorsque ses scientifiques ont créé neuf atomes d'antihydrogène. L'hydrogène a la structure la plus simple de l'univers - un électron en orbite autour d'un proton - donc son antiatome était le plus facile à produire. Ce n'était pas si facile de les conserver assez longtemps pour en savoir plus sur l'antimatière. Sept ans plus tard, deux autres expériences ont synthétisé davantage d'atomes d'antihydrogène, mais toujours de manière éphémère.

Le 17 novembre 2010, l'équipe ALPHA l'a compris. Pour la première fois, ils ont maintenu 38 atomes d'antihydrogène en place à l'aide d'un récipient fait de champs magnétiques. Cela a piégé les antiatomes pendant 172 millisecondes - un clin d'œil pour nous, mais assez longtemps pour que les scientifiques réfléchissent à la chose. Ils ont fait encore mieux l'année suivante, détenant des atomes d'antihydrogène pendant pas moins de 16 minutes.

Alors pourquoi l'antimatière est-elle si importante?

Certains pensent que cela pourrait alimenter des fusées ou faire exploser des villes, comme imaginé dans des histoires telles que Star Trek, Avatar et anges et démons. Cependant, l'antimatière n'est pas une source d'énergie en attente d'exploitation. nous le fabriquons nous-mêmes. De plus, selon Symétrie, toute l'antimatière que nous avons produite "ne serait même pas suffisante pour faire bouillir une tasse de thé". L'énergie injectée ne vaut pas la sortie - explosion catastrophique; minuscule petit trombone.

En fait, l'équipe ACE du CERN étudie les antiprotons à utiliser dans la thérapie du cancer, pas les armes. Pourtant, la plupart du temps, les physiciens vraiment veulent savoir pourquoi il y a moins d'antimatière dans l'univers qu'il n'y en aurait calculé. Comment a-t-il disparu? Est-ce la même chose que la matière? Réagit-il différemment à la lumière ou à la gravité? De quelle manière? Il y a encore tellement de questions, mais sans doute le résultat vaudra un jour tous les efforts.

La Matière Noire — Science étonnante #38 (Avril 2020)



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