Les mystères profonds de l'antimatière et de la matière noire pourraient-ils être liés ? Pensant qu'ils pourraient être, scientifiques de la collaboration internationale BASE, dirigé par Stefan Ulmer du RIKEN Cluster for Pioneering Research, et des collaborateurs ont effectué les premières expériences de laboratoire pour déterminer si une manière légèrement différente d'interagir entre la matière et l'antimatière avec la matière noire pourrait être la clé pour résoudre les deux mystères.

La matière noire et l'antimatière sont toutes deux des problèmes épineux pour les physiciens qui tentent de comprendre comment notre monde fonctionne à un niveau fondamental.

Le problème avec l'antimatière est que même si le Big Bang aurait dû créer des quantités égales de matière et d'antimatière, l'univers observable n'est fait que de matière. L'antimatière est créée chaque jour lors d'expériences et par des processus naturels tels que la foudre, mais il est vite anéanti dans les collisions avec la matière régulière. Les prédictions montrent que notre compréhension du contenu en matière de l'univers est décalée de neuf ordres de grandeur, et personne ne sait pourquoi l'asymétrie existe.

Dans le cas de la matière noire, on sait d'après les observations astronomiques qu'une masse inconnue influence les orbites des étoiles dans les galaxies, mais les propriétés microscopiques exactes de ces particules restent inconnues. Une théorie est qu'ils sont un type de particule hypothétique connue sous le nom d'axion, qui a un rôle important dans l'explication de l'absence de violation de symétrie dans l'interaction forte dans le modèle standard de la physique des particules.

Les collaborateurs du groupe BASE se sont demandé si le manque d'antimatière pouvait être dû au fait qu'elle interagit différemment avec la matière noire, et s'est mis à tester cela. Pour l'expérimentation, ils ont utilisé un appareil spécialement conçu, appelé un piège de Penning, piéger magnétiquement un seul antiproton, l'empêchant d'entrer en contact avec la matière ordinaire et d'être anéanti. Ils ont ensuite mesuré une propriété de l'antiproton appelée sa fréquence de précession de spin. Normalement, celui-ci doit être constant dans un champ magnétique donné, et une modulation de cette fréquence pourrait être expliquée par un effet médié par des particules de type axion, qui sont des candidats hypothétiques à la matière noire.

Premier auteur de l'étude, Christian Smorra, dit, "Pour la première fois, nous avons explicitement recherché une interaction entre matière noire et antimatière, et bien que nous n'ayons pas trouvé de différence, nous avons fixé une nouvelle limite supérieure pour l'interaction potentielle entre la matière noire et l'antimatière."

En regardant vers l'avenir, Stefan Ulmer du RIKEN Cluster for Pioneering Research, qui est porte-parole de la Collaboration BASE, dit, "À partir de maintenant, nous prévoyons d'améliorer encore la précision de nos mesures de la fréquence de précession de spin de l'antiproton, nous permettant de fixer des contraintes plus strictes sur l'invariance fondamentale de la charge, parité et temps, et rendre la recherche de la matière noire encore plus sensible."

L'ouvrage a été publié en La nature .