L'univers est presque dépourvu d'antimatière, et les physiciens n'ont pas encore compris pourquoi. Découvrir une légère différence entre le comportement de l'antimatière et de la matière dans le champ gravitationnel de la Terre pourrait éclairer cette question. atomes de positronium, qui se composent d'un électron et d'un positon, sont un type d'atomes d'antimatière envisagés pour tester si l'antimatière tombe au même rythme que la matière dans le champ gravitationnel de la Terre. Mais ils sont de courte durée, d'une durée de seulement 142 nanosecondes - trop peu pour effectuer une expérience de gravité de l'antimatière. Les chercheurs recherchent donc activement des astuces pour fabriquer des sources d'atomes de positronium qui vivent plus longtemps. Dans un article publié aujourd'hui dans la revue Examen physique A , la collaboration AEgIS au CERN décrit une nouvelle façon de fabriquer du positronium à vie longue.

Pour être utile pour les expériences de gravité de l'antimatière, une source d'atomes de positronium doit produire des atomes à vie longue en grand nombre, et avec des vitesses connues qui peuvent être contrôlées et ne sont pas affectées par des perturbations telles que les champs électriques et magnétiques. La nouvelle source AEgIS coche toutes ces cases, produisant environ 80 000 atomes de positronium par minute qui durent chacun 1140 nanosecondes et ont une vitesse connue (entre 70 et 120 kilomètres par seconde) qui peut être contrôlée avec une grande précision (10 kilomètres par seconde).

L'astuce? Utilisation d'un convertisseur spécial positron-positronium pour produire les atomes et un seul éclair de lumière laser ultraviolette qui fait d'une pierre deux coups. Le laser amène les atomes de l'état électronique de la plus basse énergie à un état de longue durée d'énergie plus élevée et ne peut sélectionner parmi tous les atomes que ceux ayant une certaine vitesse.

Ce n'est pas la première fois que des chercheurs produisent une source d'atomes de positronium à longue durée de vie. Il existe d'autres techniques pour le faire, dont un qui consiste à amener les atomes à des états électroniques appelés états de Rydberg, et qui pourrait également être utilisé pour effectuer des expériences de gravité avec du positronium. Mais tous sont très sensibles aux champs électriques et magnétiques, qui influencent la vitesse des atomes et devraient être pris en compte dans les futures mesures de la gravité. La nouvelle méthode imaginée par AEgIS est « plus propre, " en ce qu'il est quasiment insensible à ces champs.

La prochaine étape sur le long chemin pour mesurer l'effet de la gravité sur le positronium avec la nouvelle source AEgIS (l'équipe AEgIS et d'autres collaborations du CERN prévoient principalement de prendre des mesures avec des atomes d'antihydrogène) sera de confirmer que les atomes produits sont électriquement neutres. Le complexe d'accélérateurs du CERN est actuellement à l'arrêt pour un important programme de mise à niveau de deux ans, donc la plupart des expériences au Laboratoire, qui nécessitent un faisceau de protons, ont cessé de fonctionner pendant cette période. Un avantage de cette expérience sur le positronium est qu'elle ne nécessite pas de protons, afin qu'il puisse continuer à fonctionner pendant l'arrêt.