L'antimatière

"Au début du Big Bang la matière et l'antimatière se sont annihilées, un résidu de matière a donné naissance à notre Univers" .
On pourrait croire que cette affirmation relève de la science-fiction. Mais il n'en est rien, la quasi unanimité des scientifiques pensent qu'il en était bien ainsi il y a environ 13,8 milliards d'années!

Qu'est-ce que l'antimatière

C'est le physicien britannique Paul Dirac (prix Nobel de Physique) qui imagina, prédit dès 1927 l'existence de l'antimatière. Elle est constituée d'antiparticules.

A  chaque particule de matière (particule élémentaire, neutron, proton, noyau, atome, ion,...) on peut associer une antiparticule, sa "soeur jumelle". Particule et antiparticule associées ont même masse, même spin (caractéristique quantique liée à leurs propriétés de rotation), mais des charges opposées.

Par exemple, à l'électron (négatif) est associé l'antiélectron (positif) appelé positon ou positron. Au proton (positif)  est associé l'antiproton (négatif).

L'atome d'hydrogène est formé d'un proton autour duquel gravite un électron, l'atome d'antihydrogène est formé d'un antiproton autour duquel gravite un antiélectron.

L'atome d'hydrogène est représenté en rouge, l'atome d'antihydrogène en vert.

Que s'est-il passé au début du Big Bang 

Au début du Big Bang, matière et antimatière se sont annihilées. Cette disparition de matière et d'antimatière se traduit par un flux lumineux, une énergie considérables. Cette énergie E est donnée par la formule d'équivalence d'Einstein  E = mc² , c étant la vitesse de la lumière, m la masse  de matière et d'antimatière disparues.

Des calculs montrent que si 1gramme d'antihydrogène et 1gramme d'hydrogène s'entrechoquaient, cela suffirait à réduire en cendres Paris et sa banlieue! Mais rassurez-vous, l'antimatière n'existe qu'en quantités infimes dans les rayons cosmiques. On a pu aussi en fabriquer au CERN sans inquiétude, comme nous allons le voir.

Des atomes d'antihydrogène produits et capturés au CERN

Rappelons que l'atome d''antihydrogène est formé d'un antiproton et d'un antiélectron (voir plus haut), les physiciens et ingénieurs du CERN ont donc fabriqué d'une part des antiprotons et d'autre part des antiélectrons, qu'ils ont ensuite fusionnés pour obtenir des atomes d'antihydrogène. 

En 1995, les 9 premiers atomes d'antihydrogène ont été produits. C'est l'expérience LEAR (acronyme shakespearien de Low Energy Antiproton Ring).

En 2002, l'expérience ATHENA a produit 50 000 atomes d'antihydrogène beaucoup trop rapides pour être piégés.

En 2011, l'expérience ALPHA a produit  des milliers d'atomes d'antihyrdogène et en a capturé 38 qui ont été ralentis, puis gardés dans des bouteilles magnétiques pendant plus de 16 minutes.

En 2014, l'expérience ASACUSA a réussi à capturer 80 atomes d'antihydrogène.

Comment expliquer ce résidu de matière qui a donné naissance à notre Univers

Quelle différence existe-t-il entre la matière et l'antimatière pour qu'il ne reste, après leur choc au début du Big Bang, qu'un peu de matière, et non de l'antimatière, pour engendrer tout l'Univers?

Une hypothèse avancée par les scientifiques est l'existence d'une asymétrie entre la matière et l'antimatière.

Les atomes d'antihydrogène pouvant maintenant être piégés, les scientifiques cherchent à les garder suffisamment longtemps pour les étudier et comparer leurs propriétés à celles bien connues des atomes d'hydrogène. On pourrait  alors comprendre pourquoi dame Nature a finalement tranché pour la matière.

Usages de l'antimatière

Aujourd'hui on sait fabriquer et stocker de l'antimatière (des positrons, des antiprotons, de l'antihydrogène).

En médecine, la TEP (Tomographie à Emission de Positrons) est une technique d'imagerie médicale pour faire un dépistage précoce des cancers.

Certaines radiothérapies utilisent de l'antimatière qui permet d'irradier quatre fois plus de cellules cancéreuses que les autres rayonnements.

Dans le futur, la NASA annonce qu'il serait possible de disposer de 10 mg d'antimatière comme carburant pour un voyage Terre-Mars pour 250 millions de dollars.

Dans le domaine militaire, l'antimatière pourrait servir de détonateur à une réaction de fusion thermonucléaire. Elle remplacerait, par exemple, la bombe A détonateur très polluant de la bombe H.

Ce n'est pas de la science-fiction!