Les physiciens ont fait les premières mesures précises de la façon dont la lumière interagit avec les particules d'antimatière, et n'ont pas trouvé de différences significatives dans son comportement par rapport à la matière ordinaire, ce qui a une fois de plus incité les scientifiques à se demander pourquoi l'univers existe. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Nature.
«Ce sont les premières mesures spectroscopiques réelles des propriétés de l'antimatière obtenues avec des lasers. L'ultra haute précision de nos dernières mesures a été une réalisation majeure pour notre équipe. Nous essayons d'atteindre cet objectif depuis 30 ans et nous avons finalement réussi à réaliser ce rêve », a déclaré Jeffrey Hangst, représentant officiel de la collaboration ALPHA.
Selon les scientifiques d'aujourd'hui, dans les premiers instants après le Big Bang, une quantité égale de matière et d'antimatière est apparue. Dans le même temps, le modèle standard de physique dit que les propriétés des particules d'antimatière reflètent les caractéristiques de leurs jumeaux, à l'exception de la charge. En d'autres termes, les propriétés chimiques et physiques des atomes d'antimatière et de matière doivent être identiques.
Puisque la matière et l'antimatière s'annihilent lors de la collision, lors de la naissance de l'Univers, leurs particules ont dû se détruire l'une l'autre, privant l'univers de toutes les réserves de matière et d'antimatière. Par conséquent, la question se pose - où l'antimatière a-t-elle «disparu» et pourquoi l'Univers existe-t-il.
On pense que l'une des raisons de "l'asymétrie de la matière" peut résider dans l'existence de petites mais assez importantes différences dans la structure et les propriétés des particules d'antimatière. Ces dernières années, les physiciens ont trouvé plusieurs indices que de telles différences, par exemple, dans les masses de protons et d'antiprotons, existent toujours, mais leur changement exact est entravé par la faible précision des instruments et l'échelle microscopique de cette asymétrie.
Angst et ses collègues tentent depuis de nombreuses années de trouver des indices de différences dans les propriétés de la matière et de l'antimatière à l'aide du dispositif ALPHA-2, un piège spécial pour les positrons et les antiprotons, les forçant à se combiner et à former des atomes uniques d'antimatière. En raison de l'isolement absolu, des atomes d'antimatière peuvent exister dans ce piège pendant plusieurs jours sans se décomposer ni s'annihiler.
L'équipe ALPHA essaie depuis longtemps de mesurer le spectre des atomes d'antihydrogène, dont la comparaison avec des données similaires pour l'hydrogène montrera si la lumière interagit de la même manière avec deux formes de matière et s'il existe même les plus petites différences dans la masse de leurs particules.
Les premiers résultats de ce type ont été obtenus il y a six ans et deux ans, mais ces mesures n'étaient pas exactes du fait qu'elles n'ont pas été effectuées directement, mais indirectement, en observant les conséquences de la collision de particules d'antimatière et de matière. Les scientifiques ont été contraints d'agir de cette manière en raison du fait qu'il y avait trop peu d'atomes d'antihydrogène. Cela a empêché la recherche d'éventuelles traces de la «nouvelle physique» et la solution du mystère de la disparition de l'antimatière.
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Angst et ses collègues ont pu résoudre ce problème en modifiant la structure du piège de manière à ce qu'il leur permette d'irradier de l'antihydrogène avec sept types de faisceaux laser à la fois. En combinant les images obtenues lors de ces «bombardements», les scientifiques ont pu multiplier par 100 la précision des mesures et atteindre un niveau d'erreur ne dépassant pas deux parties par billion. C'est seulement trois ordres de grandeur de moins que la précision obtenue lors de la "mise à feu" d'hydrogène.
Comme dans les deux derniers temps, les spectres de la matière et de l'antimatière ont complètement coïncidé, ce qui suggère qu'ils interagissent avec la lumière de la même manière et, vraisemblablement, ont une masse identique. Couplée à d'autres mesures récentes d'autres propriétés des antiprotons, cette découverte amène les scientifiques à se demander de plus en plus où «se cache» la différence entre la matière et l'antimatière.
Les premières réponses à ces questions, comme Angst et ses collègues l'espèrent, seront reçues très bientôt, lorsque l'ALPHA-2 sera modernisé et étendu, ce qui augmentera la précision des mesures du spectre de plusieurs ordres de grandeur et se rapprochera de la résolution du mystère de l'existence de l'Univers.
