L'antimatière a longtemps fait l'objet de la science-fiction. Dans le livre et le film, Angels and Demons, le professeur Langdon tente de sauver le Vatican d'une bombe à antimatière. Le vaisseau spatial Star Trek Enterprise utilise un moteur antimatière annihilant pour voyager plus vite que la vitesse de la lumière. Mais l'antimatière est aussi un objet de notre réalité. Les particules d'antimatière sont pratiquement identiques à leurs partenaires matériels, sauf qu'elles portent une charge et un spin opposés. Lorsque l'antimatière rencontre la matière, elle s'annihile instantanément en énergie, et ce n'est plus de la fiction.
Bien que les bombes à antimatière et les navires basés sur le même carburant ne soient pas encore possibles en pratique, il existe de nombreux faits sur l'antimatière qui vous surprendront ou vous permettront de rafraîchir ce que vous saviez déjà.
1. L'antimatière était censée détruire toute la matière de l'univers après le Big Bang
Selon la théorie, le Big Bang a donné naissance à la matière et à l'antimatière en quantités égales. Quand ils se rencontrent, il y a annihilation mutuelle, annihilation, et seule l'énergie pure reste. Sur cette base, nous ne devrions pas exister.
Mais nous existons. Et pour autant que les physiciens le sachent, c'est parce que pour chaque milliard de paires matière-antimatière, il y avait une particule de matière supplémentaire. Les physiciens font de leur mieux pour expliquer cette asymétrie.
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2. L'antimatière est plus proche de vous que vous ne le pensez
De petites quantités d'antimatière pleuvent constamment sur la Terre sous forme de rayons cosmiques, des particules d'énergie de l'espace. Ces particules d'antimatière atteignent notre atmosphère à des niveaux allant de un à plus de cent par mètre carré. Les scientifiques ont également des preuves que de l'antimatière est générée pendant un orage.
Il existe d'autres sources d'antimatière qui sont plus proches de nous. Les bananes, par exemple, produisent de l'antimatière en émettant un positron - l'équivalent antimatière d'un électron - environ une fois toutes les 75 minutes. En effet, les bananes contiennent de petites quantités de potassium 40, un isotope naturel du potassium. Lorsque le potassium 40 se désintègre, un positron est parfois né.
Notre corps contient également du potassium 40, ce qui signifie que vous émettez également des positrons. L'antimatière s'annihile instantanément au contact de la matière, de sorte que ces particules d'antimatière ne durent pas très longtemps.
3. Les humains ont réussi à créer très peu d'antimatière
L'anéantissement de l'antimatière et de la matière a le potentiel de libérer d'énormes quantités d'énergie. Un gramme d'antimatière peut produire une explosion de la taille d'une bombe nucléaire. Cependant, les humains n'ont pas produit beaucoup d'antimatière, il n'y a donc rien à craindre.
Tous les antiprotons créés à l'accélérateur de particules Tevatron des Laboratoires Fermi pèseront à peine 15 nanogrammes. À ce jour, le CERN n'a produit qu'environ 1 nanogramme. A DESY en Allemagne - pas plus de 2 nanogrammes de positrons.
Si toute l'antimatière créée par l'homme s'annihile instantanément, son énergie ne sera même pas suffisante pour faire bouillir une tasse de thé.
Le problème réside dans l'efficacité et le coût de production et de stockage de l'antimatière. La création d'un gramme d'antimatière nécessite environ 25 millions de milliards de kilowattheures d'énergie et coûte plus d'un million de milliards de dollars. Sans surprise, l'antimatière est parfois répertoriée comme l'une des dix substances les plus chères de notre monde.
4. Il existe un piège à antimatière
Pour étudier l'antimatière, vous devez l'empêcher de s'annihiler avec la matière. Les scientifiques ont trouvé plusieurs moyens de le faire.
Les particules d'antimatière chargées telles que les positrons et les antiprotons peuvent être stockées dans des pièges de Penning. Ils sont comme de minuscules accélérateurs de particules. À l'intérieur d'eux, les particules se déplacent en spirale tandis que les champs magnétiques et électriques les empêchent d'entrer en collision avec les parois du piège.
Cependant, les pièges Penning ne fonctionnent pas pour les particules neutres comme l'antihydrogène. Puisqu'elles n'ont pas de charge, ces particules ne peuvent pas être confinées à des champs électriques. Ils sont piégés dans les pièges d'Ioffe, qui fonctionnent en créant une zone d'espace où le champ magnétique devient plus grand dans toutes les directions. Les particules d'antimatière se coincent dans la zone avec le champ magnétique le plus faible.
Le champ magnétique terrestre peut servir de piège à l'antimatière. Des antiprotons ont été trouvés dans certaines zones autour de la Terre - les ceintures de rayonnement de Van Allen.
5. L'antimatière peut tomber (au sens littéral du terme)
Les particules de matière et d'antimatière ont la même masse, mais diffèrent par des propriétés telles que la charge électrique et le spin. Le modèle standard prédit que la gravité devrait agir également sur la matière et l'antimatière, mais cela reste à voir avec certitude. Des expériences comme AEGIS, ALPHA et GBAR y travaillent.
Observer l'effet gravitationnel sur l'exemple de l'antimatière n'est pas aussi simple que de regarder une pomme tomber d'un arbre. Ces expériences nécessitent de piéger l'antimatière ou de la ralentir en refroidissant à des températures juste au-dessus du zéro absolu. Et comme la gravité est la plus faible des forces fondamentales, les physiciens doivent utiliser des particules d'antimatière neutres dans ces expériences pour empêcher l'interaction avec la force plus puissante de l'électricité.
6. L'antimatière est étudiée dans les modérateurs de particules
Avez-vous entendu parler d'accélérateurs de particules et avez-vous entendu parler de ralentisseurs de particules? Au CERN, il existe une machine appelée Antiproton Decelerator, dans laquelle les antiprotons sont capturés et ralentis pour étudier leurs propriétés et leur comportement.
Dans les accélérateurs de particules en anneau comme le grand collisionneur de hadrons, les particules reçoivent un coup de pouce énergétique chaque fois qu'elles complètent un cercle. Les ralentisseurs fonctionnent dans le sens inverse: au lieu d'accélérer les particules, ils sont poussés dans la direction opposée.
7. Les neutrinos peuvent être leurs propres antiparticules
Une particule de matière et son partenaire antimatière portent des charges opposées, ce qui permet de les distinguer facilement. Les neutrinos, particules presque sans masse qui interagissent rarement avec la matière, n'ont aucune charge. Les scientifiques pensent qu'il s'agit peut-être de particules Majorana, une classe hypothétique de particules qui sont leurs propres antiparticules.
Des projets comme le démonstrateur Majorana et l'EXO-200 visent à déterminer si les neutrinos sont bien des particules Majorana en observant le comportement de ce que l'on appelle la double désintégration bêta sans neutrinos.
Certains noyaux radioactifs se désintègrent simultanément, émettant deux électrons et deux neutrinos. Si les neutrinos étaient leurs propres antiparticules, ils s'annihileraient après une double désintégration, et les scientifiques n'auraient qu'à observer les électrons.
La recherche de neutrinos de Majorana peut aider à expliquer pourquoi l'asymétrie matière-antimatière existe. Les physiciens suggèrent que les neutrinos de Majorana peuvent être lourds ou légers. Les poumons existent à notre époque, et les plus lourds ont existé immédiatement après le Big Bang. Les neutrinos lourds de Majorana se sont désintégrés de manière asymétrique, entraînant l'apparition d'une infime quantité de matière qui a rempli notre univers.
8. L'antimatière est utilisée en médecine
PET, PET (Positron Emission Topography) utilise des positrons pour produire des images corporelles à haute résolution. Les isotopes radioactifs émetteurs de positrons (comme ceux que nous avons trouvés dans les bananes) se fixent à des produits chimiques comme le glucose dans le corps. Ils sont injectés dans la circulation sanguine où ils se désintègrent naturellement, émettant des positrons. Ceux-ci, à leur tour, rencontrent les électrons du corps et s'annihilent. L'annihilation produit des rayons gamma qui sont utilisés pour construire une image.
Les scientifiques du projet ACE du CERN étudient l'antimatière en tant que candidat potentiel pour le traitement du cancer. Les médecins ont déjà compris qu'ils pouvaient diriger les faisceaux de particules vers les tumeurs, n'émettant leur énergie qu'après avoir traversé en toute sécurité des tissus sains. L'utilisation d'antiprotons ajoutera une énergie supplémentaire. Cette technique s'est avérée efficace dans le traitement des hamsters, mais n'a pas encore été testée chez l'homme.
9. L'antimatière peut se cacher dans l'espace
L'un des moyens par lesquels les scientifiques tentent de résoudre le problème de l'asymétrie matière-antimatière est de rechercher l'antimatière laissée par le Big Bang.
Le spectromètre magnétique alpha (AMS) est un détecteur de particules situé sur la Station spatiale internationale et recherche de telles particules. L'AMS contient des champs magnétiques qui courbent le chemin des particules cosmiques et séparent la matière de l'antimatière. Ses détecteurs doivent détecter et identifier ces particules lors de leur passage.
Les collisions de rayons cosmiques produisent généralement des positrons et des antiprotons, mais les chances de créer un atome d'anthélium restent extrêmement faibles en raison de l'énorme quantité d'énergie requise par ce processus. Cela signifie que l'observation d'au moins un nucléole d'anthélium serait une preuve puissante de l'existence de quantités gigantesques d'antimatière ailleurs dans l'univers.
10. Les gens apprennent réellement à équiper le carburant d'antimatière des vaisseaux spatiaux.
Très peu d'antimatière peut générer d'énormes quantités d'énergie, ce qui en fait un carburant populaire pour les navires de science-fiction futuristes.
La propulsion des fusées antimatière est hypothétiquement possible; la principale limitation est de collecter suffisamment d'antimatière pour que cela se produise.
Il n'y a pas encore de technologies pour la production de masse ou la collecte d'antimatière dans les quantités requises pour une telle application. Cependant, les scientifiques travaillent à imiter ce mouvement et ce stockage de cette même antimatière. Un jour, si nous pouvons trouver un moyen de produire de grandes quantités d'antimatière, leurs recherches pourraient aider les voyages interstellaires à devenir réalité.
Basé sur des matériaux de symetrymagazine.org
ILYA KHEL
