L’antimatière, l’image miroir des particules subatomiques de la matière, est un élément fascinant mais insaisissable de notre univers. Bien que les théories suggèrent qu’il existe des quantités égales de matière et d’antimatière, l’univers observable contient principalement de la matière. Cette divergence pose un mystère important en physique.
Qu’est-ce que l’antimatière ?
L’antimatière est la jumelle de presque toutes les particules subatomiques qui composent notre univers. La matière dans notre univers se présente sous de nombreuses formes : solides, liquides, gaz et plasmas. Ces formes de matière sont toutes constituées de particules subatomiques qui donnent à la matière sa masse et son volume. Ces particules comprennent des protons et des neutrons (également appelés baryons), des électrons et des neutrinos (également appelés leptons) et diverses autres particules du modèle standard de physique des particules.
Les protons et les neutrons sont eux-mêmes constitués de particules appelées quarks et gluons. Mais la matière peut avoir un contraire sous forme d’antimatière. En fait, toutes les particules subatomiques de la matière ont soit leurs propres anti-jumeaux (antiquarks, antiprotons, antineutrons et antileptons tels que les antiélectrons), soit elles chevauchent la frontière entre matière et antimatière.
Un physicien assemble des détecteurs à 1,4 km sous les montagnes en Italie pour rechercher une désintégration nucléaire rare qui, si elle était observée, pourrait expliquer pourquoi nous sommes constitués de matière et non d’antimatière. Crédit : Collaboration LÉGENDE
Ces antiparticules peuvent se combiner pour former des antiatomes et, en principe, pourraient même former des régions d’antimatière de notre univers. Les scientifiques pensent que ces régions d’antimatière auraient les mêmes propriétés physiques, chimiques et autres. Les scientifiques n’ont pas observé de régions d’antimatière dans notre univers, mais ils ont créé de grandes quantités d’antiparticules dans des accélérateurs de particules et ont même créé des anti-éléments et des anti-atomes. Nous connaissons également l’antimatière grâce aux antiparticules créées par les collisions de rayons cosmiques. Certains types de radioactivité produisent également des antiparticules d’antimatière.
Pourquoi n’y a-t-il pas d’antimatière partout ? Lorsque la matière et l’antimatière se rencontrent, elles s’annihilent et libèrent de l’énergie. Cela nous amène au plus grand mystère de l’antimatière. Les théories scientifiques prédisent que Big Bang aurait dû créer la même quantité de matière et d’antimatière. Mais si cela était vrai, toute la matière et l’antimatière se seraient détruites. Cela signifierait qu’il n’y aurait aucune matière dans l’Univers pour créer des étoiles, des planètes ou des humains. Les physiciens pensent qu’il y avait une particule de matière supplémentaire pour chaque milliard de paires matière-antimatière. C’est plus que ce que le modèle standard peut expliquer, c’est pourquoi les scientifiques s’efforcent de comprendre pourquoi.
Faits rapides
- L’antimatière peut sembler incroyablement éloignée de la vie quotidienne. Mais les bananes ordinaires produisent de l’antimatière, libérant un positron – l’équivalent d’un électron en antimatière – toutes les 75 minutes environ.
- Les neutrinos pourraient être leurs propres antiparticules. Une particule de matière et son partenaire antimatière portent des charges opposées, ce qui les rend faciles à distinguer. Les neutrinos, particules presque sans masse qui interagissent rarement avec la matière, n’ont aucune charge. Les scientifiques pensent qu’il pourrait s’agir de particules Majorana, une classe hypothétique de particules qui sont leurs propres antiparticules.
- Des chercheurs de l’accélérateur de particules Relativistic Heavy Ion Collider du Brookhaven National Laboratory ont découvert l’équivalent en antimatière de l’hélium. Ces petites avancées ouvrent la porte à de futures recherches sur l’antimatière et son rôle dans notre univers.
Bureau scientifique du DOE : Contributions à la recherche sur l’antimatière
Les programmes de physique des hautes énergies et de physique nucléaire du Bureau des sciences du Département de l’énergie (DOE) soutiennent la recherche sur l’antimatière depuis des décennies dans le cadre de l’implication du DOE dans la recherche en physique fondamentale. Le Bureau de physique nucléaire soutient la recherche visant à comprendre l’asymétrie entre la matière et l’antimatière au sein de son portefeuille de symétries fondamentales.
Cela comprend des expériences sur table extrêmement sensibles utilisant des neutrons et des noyaux et des expériences à plus grande échelle hébergées dans des laboratoires souterrains profonds à la recherche d’une double désintégration bêta sans neutrinos, une désintégration nucléaire prévue qui créerait deux leptons sans aucun antilepton associé, créant ainsi plus de matière que d’antimatière.
L’Office of High Energy Physics (HEP) soutient l’expérience Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) conçue pour détecter les neutrinos créés au Fermi National Accelerator Lab. DUNE devrait être capable de déterminer si les neutrinos contribuent largement à cette asymétrie. HEP soutient également des expériences sur des accélérateurs de particules à haute énergie qui recherchent les différences entre la matière et l’antimatière dans la désintégration des particules lourdes créées lors de collisions à haute énergie.
