L’Antimatiere, qu’en sait on ?

Tandis que le mathématicien britannique Paul Dirac développait les équations fondamentales de la mécanique quantique, il constata, en 1928, un dédoublement systématique des solutions.

Pour chaque solution (particule) de masse et de charge électrique données, une autre solution d’une charge électrique opposée mais de la même masse existait

Pour différencier ces deux solutions symétriques , les physiciens ont nommé « particule » les constituants habituels de la matière ( neutron , électron … ) et « antiparticules » les solutions symétriques (antiproton, antiélectron ou positron).

Matière et antimatière sont donc comme le positif et le négatif d’une même image. Mais attention au langage : le négatif ne l’est que parce qu’il y a un positif .

Le fait que la réaction entre matière et antimatière dégage 100 fois plus d'énergie (pour une même masse) que la plus puissante des réactions nucléaires lui a valu l'attention du monde de l'anticipation. C'est probablement dans "Star Trek" que l'exemple le plus clair de l'utilisation de l'antimatière est démontré: si les vaisseaux interstellaires de la Fédération utilisent de l'antimatière pour se propulser, c'est qu'ils tirent leur énergie de la réaction matière-antimatière... (Comme nous le savons tous...)

Cependant les particules de matière et d'antimatière ne peuvent éxister ensemble. Lorsqu'elles se rencontrent, celles-ci disparaissent et leur masse est aussitôt transformée en énergie.

Dans la nature, l'antimatière est extrêmement rare. Certaines antiparticules, comme le positron, sont parfois produites naturellement lors de la désintégration de certaines substances radioactives. La plupart des antiparticules, comme l'antiproton et l'antineutron, n'existent pas à l'état naturel sur notre planète. Ils peuvent cependant être produits dans des laboratoires de physique nucléaire. En mariant un antiproton à un positron, on obtient le plus simple de tous les antiatomes : l'antihydrogène. Cependant, toutes ces antiparticules n'éxistent que pour un laps de temps extrèmement court puisque aussitôt qu'elles entrent en contact avec de la matière leur existent et interrompue.

L'antimatière fait l'objet de nombreux projets de recherche afin d'éclaircir certaines énigmes qui subsistent sur les débuts de notre Univers. Quelques instants après sa naissance, l'énergie extraordinaire du Big Bang se serait «condensée» en une quantité équivalente de particules et d'antiparticules. À la longue, particules et antiparticules a uraient dû finir par complètement s'auto-annihiler. Mais comme on le remarque autour de nous, ce n'est pas le cas, puisqu'on observe un surplus de matière...

Certains chercheurs ont fait l'hypothèse que des quantités équivalentes d'antimatière existeraient encore quelque part dans l'Univers. Certaines galaxies lointaines seraient peut-être alors entièrement constituées d'antimatière. Mais les scientifiques en doutent : on ne voit pas comment matière et antimatière auraient pu exister séparément sans jamais s'annihiler.

Une autre explication serait que la matière et l'antimatière ne seraient pas complètement symétriques. Pour des raisons encore inexpliquées, la conversion de l'énergie en antimatière et en matière aurait légèrement favorisé cette dernière. La différence aurait été très faible, de l'ordre de un pour un milliard : autrement dit, un milliard PLUS UN protons pour chaque milliard d'antiprotons ! Toute l'antimatière aurait été rayée de la carte et ce ne serait que la matière «résiduelle» que nous observerions autour de nous.

Même infime cette dissymétrie reste très difficile à justifier. Si l’univers était initialement symétrique, comment la matière a t-elle pu prendre le dessus sur l’antimatière ?

À l’origine de cette dissymétrie, une différence de comportement. Effectivement, on a pu observer en laboratoire que à très haute température , une dissymétrie de comportement existait bien entre matière et antimatière mais elle était extrêmement faible .

Pour expliquer l’existence de la matière dans l’univers actuel en quantité suffisante malgré l’infime différence de comportement, les physiciens ont proposé un mécanisme permettant de générer l’asymétrie entre particules et antiparticules.

Les protagonistes de ce mécanisme aussi appelé modèle X, sont les particules X de masse très très élevée (un million de milliards de fois plus lourdes que le proton) et qui se désintègrent lentement. Il ne faut pas confondre désintégration et annihilation. La désintégration entraîne la mort par éclatement d’une particule au bout de sa durée de vie (la radioactivité en est l’exemple le plus connu).

Pour que ces particules provoquent une asymétrie on suppose que les particules X peuvent se désintégrer de deux façons différentes, caractérisées par des nombres baryoniques différents.

Sachant que les antiparticules X barre se désintégrant dans les antiparticules correspondantes, il suffit que les probabilités de désintégration des X barre diffèrent de celles de X pour que le mécanisme viole la symétrie. Autrement dit X et X barre doivent avoir la même espérance de vie mais des sorts différents en se désintégrant.

Malheureusement ces particules sont hors de portée des accélérateurs actuels.

Récemment, les physiciens des particules se sont aperçu qu’il était possible qu’une asymétrie matière-antimatière apparaisse dans le modèle mathématique standard de la physique des particules, mais les calculs sont plus que délicats et les experts ne se sont pas, pour l’heure, accordés sur ce dernier point.

En scrutant le cœur de la matière, les physiciens ont découvert un monde miroir du notre, celui de l’antimatière !

Mais qu’est ce que l’antimatière, et comment celle-ci peut-elle être à la fois le contraire de la matière, et partager avec elle un si grand nombre de caractères communs? Ou est passé l’antimatière ?

Modèles et expériences s’accumulent . . .

Sources issus des sites:
http://cosmosgate.free.fr/index.php?page=antimatiere
http://www.itsf.org/brochure-f/antimatter.html
http://www.cybersciences.com/Cyber/2.0/Q1229.asp

Florian SCHMITT
Ens Yorit EANDRE
USS NEPTUNE