Des chercheurs de la collaboration ALPHA basée au CERN ont annoncé la première manipulation laser d'antimatière au monde, tirer parti d'un système laser fabriqué au Canada pour refroidir un échantillon d'antimatière jusqu'à près du zéro absolu. La réalisation, détaillé dans un article publié aujourd'hui et présenté sur la couverture de la revue La nature , modifiera considérablement le paysage de la recherche sur l'antimatière et fera progresser la prochaine génération d'expériences.

L'antimatière est la contrepartie d'un autre monde à la matière; il présente des caractéristiques et des comportements presque identiques mais a une charge opposée. Parce qu'ils s'annihilent au contact de la matière, les atomes d'antimatière sont exceptionnellement difficiles à créer et à contrôler dans notre monde et n'avaient jamais été manipulés auparavant avec un laser.

"Les résultats d'aujourd'hui sont l'aboutissement d'un programme de recherche et d'ingénierie de plusieurs années, menée à l'UBC mais soutenue par des partenaires de partout au pays, " dit Takamasa Momose, le chercheur de l'Université de la Colombie-Britannique (UBC) avec l'équipe canadienne d'ALPHA (ALPHA-Canada) qui a dirigé le développement du laser. « Avec cette technique, nous pouvons aborder des mystères de longue date tels que :« Comment l'antimatière réagit-elle à la gravité ? L'antimatière peut-elle nous aider à comprendre les symétries en physique ?'. Ces réponses peuvent fondamentalement modifier notre compréhension de notre Univers."

Depuis son introduction il y a 40 ans, la manipulation au laser et le refroidissement d'atomes ordinaires ont révolutionné la physique atomique moderne et ont permis plusieurs expériences lauréates du prix Nobel. Les résultats en La nature marque le premier exemple de scientifiques appliquant ces techniques à l'antimatière.

En refroidissant l'antimatière, les chercheurs pourront effectuer une variété de tests de précision pour approfondir les caractéristiques de l'antimatière, y compris des expériences qui pourraient mettre en lumière les symétries fondamentales de notre Univers. Ces tests pourraient offrir des indices sur la raison pour laquelle l'Univers est composé principalement de matière et non à parts égales de matière/antimatière comme le prédisent les modèles du Big Bang.

"C'était un rêve un peu fou de manipuler l'antimatière au laser, " dit Makoto Fujiwara, porte-parole d'ALPHA-Canada, scientifique TRIUMF, et le promoteur original de l'idée de refroidissement laser. « Je suis ravi que notre rêve se réalise enfin grâce au formidable travail d'équipe de scientifiques canadiens et internationaux.

La manipulation laser de l'antimatière ouvre également la porte à une variété d'innovations de pointe en physique. Momose et Fujiwara dirigent maintenant un nouveau projet canadien, surnommé HAICU, développer de nouvelles techniques quantiques pour l'étude de l'antimatière. "Mon prochain rêve est de faire une "fontaine" d'anti-atomes en jetant l'antimatière refroidie au laser dans l'espace libre. Si c'est réalisé, cela permettrait une toute nouvelle classe de mesures quantiques qui étaient auparavant impensables, " dit Fujiwara. " De plus, nous nous rapprochons un peu plus de la capacité de fabriquer les premières molécules d'antimatière au monde en assemblant des anti-atomes à l'aide de notre technologie de manipulation laser, " dit Momose.

Les résultats marquent un tournant décisif pour le programme de recherche sur l'antimatière d'ALPHA, qui dure depuis des décennies, qui a commencé avec la création et le piégeage de l'antihydrogène pour un record mondial de mille secondes en 2011. La collaboration a également donné un premier aperçu du spectre de l'antihydrogène en 2012, mis en place des garde-corps limitant l'effet de la gravité sur l'antimatière en 2013, et a présenté une contrepartie antimatière à un phénomène spectroscopique clé en 2020.