Bien qu'il s'agisse de données préliminaires, les scientifiques pensent que des mesures répétées confirmeront leurs conclusions initiales.
Les physiciens du projet ALPHA, basé au CERN, ont présenté les premières données sur les mesures de la structure fine du spectre des particules d'antimatière, à partir desquelles on peut tirer des conclusions sur la structure de ses niveaux d'énergie quantique. En cela, il s'est avéré être similaire à la matière ordinaire, écrivent des scientifiques dans un article publié par la revue scientifique Nature.
«La découverte de toute divergence dans les propriétés de la matière et de l'antimatière ébranlera littéralement les fondements du modèle standard. Ces mesures nous ont aidés à réaliser notre rêve de longue date et à étudier certains aspects de l'interaction de l'antimatière avec l'espace environnant, y compris la mesure du déplacement de ses niveaux d'énergie inférieurs », a commenté Jeffrey Hangst, représentant officiel du projet ALPHA.
Les cosmologistes suggèrent que dans l'Univers dans les premiers instants de sa vie, la matière et l'antimatière étaient à peu près égales. Toutes les propriétés chimiques et physiques de leurs particules, à l'exception de la charge, devaient être les mêmes - à moins, bien sûr, que le modèle standard ne soit incomplet ou erroné (cette théorie décrit la plupart des interactions de toutes les particules élémentaires connues actuellement de la science).
Cependant, cela contredit l'existence même de la réalité, puisque toutes les particules de matière et d'antimatière ont dû se détruire l'une l'autre, se heurtant et s'annihilant mutuellement dans les premiers instants après le Big Bang. Par conséquent, les scientifiques se disputent depuis de nombreuses décennies et se demandent pourquoi il n'y a pratiquement pas d'antimatière dans l'univers observable.
De nombreux physiciens pensent que la réponse à cette énigme réside dans les moindres différences dans les propriétés, le comportement et la structure des particules d'antimatière et de matière. Les scientifiques ont récemment trouvé de nombreux indices selon lesquels de telles divergences peuvent exister, par exemple dans les masses de protons et d'antiprotons. Cependant, les physiciens n'ont encore confirmé aucun d'entre eux.
Hangst et ses collègues tentent de les trouver depuis de nombreuses années à l'aide de l'instrument ALPHA-2, un piège magnétique spécial pour les positrons et les antiprotons qui les oblige à se combiner et à former des atomes d'antimatière uniques. Les premières mesures de ce type, menées par des scientifiques en 2012, 2016 et 2018, ont montré qu'il n'y avait aucune différence dans la façon dont la lumière excite les électrons et les positrons dans les atomes d'antimatière et de matière.
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Secrets de l'antimatière
Dans une nouvelle série d'expériences, les scientifiques du CERN ont mesuré pour la première fois le soi-disant déplacement de Lamb pour l'antimatière. C'est ce que les scientifiques appellent de petites différences dans l'emplacement de deux niveaux d'énergie spécifiques dans l'atome, 2s et 2p. Selon la théorie, leur position devrait coïncider, mais en réalité ce n'est pas le cas - ils se révèlent décalés les uns par rapport aux autres.
L'existence de cette lacune est due au fait que les particules de matière et d'antimatière interagissent constamment au niveau quantique avec des paires de particules virtuelles et d'antiparticules, qui naissent continuellement et disparaissent dans le vide du vide. Des traces de ceci peuvent être vues dans la soi-disant «structure fine» de l'atome, un ensemble de bandes étroites dans le spectre dans lesquelles les niveaux d'énergie théoriquement prévus sont divisés.
Le projet ALPHA a d'abord étudié la structure de cet ensemble de raies en passant 90 000 atomes d'antihydrogène à travers un champ magnétique puissant, puis en les irradiant avec un laser ultraviolet et en observant comment leur spectre changeait en conséquence. Les scientifiques ont utilisé ces données pour calculer le déplacement de Lamb de l'antimatière et le comparer avec un paramètre similaire pour l'hydrogène.
En général, les valeurs obtenues coïncidaient avec les mesures de la matière ordinaire et avec les résultats des calculs théoriques, qui tenaient compte des effets quantiques. Comme le souligne Hangst, ces données sont encore préliminaires, mais déjà maintenant nous pouvons dire que les mesures de la structure constante ne peuvent pas s'écarter des prédictions de la théorie de plus de 2%, et le décalage de Lamb de plus de 11%.
Dans un proche avenir, les membres de l'ALPHA prévoient d'effectuer des mesures plus précises en refroidissant les atomes d'antihydrogène à des températures proches du zéro absolu. Ces observations, espèrent les scientifiques, confirmeront enfin que les valeurs du décalage de Lamb pour la matière et l'antimatière sont les mêmes, et qu'elles aideront les physiciens à mesurer avec précision le rayon de l'antiproton.
