Les physiciens pensent que l'univers est composé à la fois de matière et d'antimatière depuis les années 1930. Bien que nous soyons bien conscients de ce qu'est la matière physique, l'antimatière est restée une substance insaisissable.

Mais cela est sur le point de changer :nos recherches récemment publiées sur l'antihydrogène - la contrepartie antimatière de l'hydrogène - annoncent une nouvelle ère dans l'effort pour mieux comprendre l'antimatière et comment elle a réussi à nous échapper.

Alors qu'est-ce que l'antimatière ? A la fin des années 1920, Paul Dirac a prédit l'existence de particules « miroir » – des contreparties opposées aux électrons et aux protons déjà connus. Ces particules de miroir avaient une charge opposée, elles étaient donc un électron positif et un proton négatif - plus tard nommés positron et antiproton. Le positron a été découvert quelques années plus tard en 1932, mais il a fallu aux scientifiques jusqu'en 1955 pour découvrir l'antiproton.

La découverte a été délicate car l'antimatière ne semble pas être répandue dans l'univers. En réalité, l'antiproton n'a été découvert que parce qu'un accélérateur de particules a été construit spécifiquement pour les créer.

Selon la célèbre équation d'Einstein E=mc², la masse peut être convertie en énergie et vice versa. L'accélérateur a fonctionné en fournissant suffisamment d'énergie pour créer des antiprotons en convertissant l'énergie en masse. La masse est un détenteur compact d'énergie, mais tout ne peut normalement pas être libéré – même une arme nucléaire ne libère qu'une infime fraction de l'énergie de sa masse.

Lorsqu'une particule et son antiparticule sont réunies, ils s'annihilent les uns les autres, c'est-à-dire qu'ils entrent en collision et disparaissent, et toute leur énergie de masse est libérée dans un éclat de lumière. L'inverse est également vrai :avec une énergie suffisante, nous pouvons créer de la matière, mais comme l'anéantissement, ce processus est également symétrique, ainsi la matière et l'antimatière seront toujours créées en quantités égales.

C'est le processus par lequel le premier antiproton a été créé, et c'est encore ce que nous utilisons aujourd'hui. Mais c'est incroyablement inefficace :dans un processus de création typique au décélérateur d'antiprotons du CERN, environ 1 m de protons entrent en collision avec une cible métallique pour produire un seul antiproton.

Pourquoi est-ce important?

Les physiciens croient que l'univers a été créé dans le Big Bang il y a des milliards d'années, et en particulier qu'il a commencé si chaud et si petit qu'aucune particule ne pouvait se former au tout début. Au fur et à mesure que cette soupe d'énergie primordiale se refroidissait, particules et antiparticules formées en quantités égales. Mais moins d'une seconde après le Big Bang, quelque chose s'est produit qui a causé une asymétrie, laissant un petit excès de matière derrière. Alors, où est passée toute l'antimatière ? Nous ne savons tout simplement pas – c'est l'un des plus grands mystères de la physique.

Il n'y a aucune explication à cette asymétrie, en fait, nous ne pouvons pas expliquer comment nous pouvons être ici, car cette asymétrie est requise pour l'univers dont nous savons qu'il existe.

Malgré de nombreuses vies d'observation attentive du ciel, jusqu'à présent, aucun indice n'a été trouvé pour nous dire pourquoi il y a cette asymétrie entre la matière et l'antimatière. De nombreux scientifiques se sont penchés de diverses manières sur l'antimatière, essayer de démêler s'il y a une différence fondamentale entre elle et la matière qui aurait pu causer cette asymétrie. La méthode traditionnelle consiste à examiner les résultats des collisions à haute énergie, par exemple en utilisant le grand collisionneur de hadrons du CERN. Cependant, nous poursuivons maintenant une alternative très prometteuse à cela.

L'hydrogène est la substance la plus abondante dans l'univers et se compose d'un seul électron et d'un proton. Il est juste de dire que c'est le système le mieux compris en physique, à la fois expérimentalement et théoriquement. Il a également joué un rôle clé dans les découvertes qui ont conduit à la mécanique quantique. Les propriétés internes de l'hydrogène ont été étudiées avec une précision stupéfiante à l'aide de lasers, et la différence d'énergie entre son état fondamental et le premier état excité - où il a un excès d'énergie - est connue en détail. C'est similaire à une corde de guitare - son état fondamental signifie que la corde ne vibre pas et un état excité signifie qu'elle vibre. Plus ça vibre, plus c'est excité.

Depuis plus de 30 ans, les chercheurs ont travaillé pour percer le mystère de l'antimatière en utilisant de l'antihydrogène, et nous venons d'accomplir une percée majeure.

Ce que nous venons de faire, c'est de projeter une lumière laser sur des atomes d'antihydrogène piégés et de les exciter jusqu'à leur premier état excité. Nous pouvons étudier leur comportement lorsqu'ils tirent de l'énergie de la lumière laser (s'excitent). Finalement, ils se séparent – ​​c'est ainsi que nous pouvions dire qu'ils avaient absorbé l'énergie.

L'une des raisons pour lesquelles il a été si difficile de le faire est que l'antimatière est toujours anéantie lorsqu'elle rencontre de la matière. Cela le rend difficile à stocker - vous ne pouvez pas simplement le mettre dans une bouteille. Cependant, nous avons déjà réussi à fabriquer et à conserver de l'antihydrogène à l'aide d'un réseau d'électro-aimants qui peuvent le contraindre, qui nous a permis de faire cette recherche.

Cette toute première mesure nous permet de comparer l'hydrogène et l'antihydrogène avec une précision sans précédent - en effet, c'est la comparaison la plus précise jamais faite d'un atome et d'un antiatome.

En utilisant cette mesure, ils ont l'air identiques, et bien qu'il fallait s'y attendre, c'est la première confirmation expérimentale. Pour l'instant, le mystère de l'antimatière insaisissable continue – mais c'est quelque chose que nous continuons à poursuivre.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.