Antimatière

Définitions

Matière: substance, réalité constitutive des corps, douée de propriétés physiques.

Antimatiere : matière composée de particules élémentaires, de même masse, mais dont les charges sont opposées aux particules de matière correspondantes.

Historique de l'antimatière

L'antimatière est découverte pendant l'âge d'or de la physique contemporaine, en 1931. Le mathématicien anglais Paul DIRAC (1902 - 1984) décrivait dans une équation le comportement d'électron en utilisant la mécanique quantique et l Relativité Générale (les électrons décris étaient dis relativistes en raison de leur vitesse qui approchait celle de la lumière). DIRAC trouva deux particules solutions : la première correspondait à un électron "normal", et l'autre à un électron dont l'énergie serait négative! Or une telle énergie implique que la particule remonte le temps, ce qui est impossible étant donné le fait que la cause ne peut être précédée par la conséquence (principe clé en physique).

Cependant, DIRAC n'abandonna pas son équation par ailleurs si satisfaisante (toutes les caractéristiques de l'électron y apparaîssaient). C'est pourquoi il changea les charges de l'électron étrange de sorte que l'électron soit toujours solution. Ce nouvel électron est ce que nous appelons : antiélectron. Mais à l'époque, on se contentait de l'appeler positron.

Independamment de DIRAC, l'américain Carl ANDERSON, qui étudiait les radiations cosmiques, observa le premier positron (un sous-produit de la conversion masse-énergie d'une radiation à travers l'atmosphère : énergie (radiation) + atmosphère -> électron + positron).

Après toutes ces découvertes, l'homme commença à produire de l'antimatière dans l'intention d'occasionner des collisions avec d'autres particules. Et la dernière réelle avancée dans le monde de l'antimatière reste la synthèse de neuf anti-hydrogène (assemblage d'un anti-électron et d'un anti-proton). Ce tour de force a été réalisé par une équipe du CERN. Ils ont lancés des atomes de Xénon sur des anti-protons pendant 3 semaines pour obtenir ces 9 atomes dont la durée de vie n'a pas dépassé les 40 milliardièmes de seconde.

Antimatière et astrophysique

De nos jours, on sait simplement que l'antimatière peut apparaître à la condition que la particule de matière correspondante soit créée en même temps (on appelle cela une paire particule-antiparticule). Etant donné que l'Univers a comme plus grande probabilité d'avoir été créé à partir d'une immense fluctuation énergétique du vide, il semble évident que celui-ci doive contenir autant de matière que d'antimatière. Ce qui ne semble pas être le cas, au vu de ce que l'on observe actuellement. Donc "où est donc passée l'antimatière"?

L'astrophysicien suédois Hannes ALFVEN pense qu'il y a en fait deux "mondes" distincts : un excusivement formé de matière et un autre d'antimatière. Ces mondes appartiendraient bien entendu au même univers (le nôtre). Ils seraient simplement séparés par une frontière où la matière s'anihilerait avec l'antimatière. Cela impliquerait donc l'existance d'une force répulsive à même de séparer matière et antimatière avant que le tout se soit anihilé : une éventuelle force d'antigravité? Selon Alain BOUQUET, c'est peu probable. Il nous rappelle à ce titre que selon la relativité générale, tout corps plongé dans l'espace crée force attractive sur tous les autres corps, même l'antimatière.

Andrei SHAKHAROV, ne croit pas en l'hypothèse de H. ALFVEN. En 1967, il prétendit que cette symétrie pouvait être violée. C'est à dire que certaines réactions mettant en jeu des paires matière-antimatière pouvaient avoir une sorte de préférence pour l'une d'entre elle. Ce qui expliquerait l'apparente dissymétrie. Ce qui est sûr, c'est que toute réaction doit satisfaire le théorème CPT. Je m'explique : considérons la réaction suivante : A + B -> C + D. Cette réaction peut avoir lieue dans la nature si la réaction opposée le peut avec la même probabilité. Le C veut dire que la réaction doit rester valable si on fait réagir des anti-A et des anti-B (donnant des anti-C et anti-D). Le P correspond à un arrangement spatial opposé, et le T à la réaction inverse (les produit deviennent les réactifs et vice versa). La réaction satisfait le CPT si un quelconque chagement de type ce qui précède n'affecte pas la possibilité qu'a la réaction d'avoir lieue.

Plusieurs équipent ont montré que les symétries C et P pouvaient être transgressées, et donc que l'on peut imaginer une réaction générant plus de matière que d'antimatière.

L'antimatière aurait alors disparu entre 10-35 et 10-30 secondes après le Big Bang, alors qu'il n'y avait que deux interactions : interactions gravitationnelle et électro-faible-forte. Matière et antimatière sont créés, en violant la symétrie, mais la température élevée authorise la réaction inverse. Mais dès que la température passe sous les 3*10²⁷°C, ce n'est plus le cas : la matière prends le dessus. Mais cette théorie reste curieuse. Pour être valable, elle implique l'existance de réactions qui ne conservent pas le nombre baryonique (initialement nul, il serait alors devenu positif pour expliquer la prédominance de la matière). De plus, elle ne respecterait pas la symétrie CPT.

Néanmoins, il s'avère que de plus en plus de modèle visant à unifier toutes les interactions fondamentales prévoient l'existance de telles réactions. Il faut par ailleurs garder à l'esprit que personne ne sait si la matière attire ou non l'antimatière, et la réponse pourrait tout faire basculer.