Les scientifiques ont fait la mesure la plus précise de l'antimatière à ce jour, et les résultats ne font qu'approfondir le mystère de la raison pour laquelle la vie, l'univers et tout ce qu'il contient existent.
Les nouvelles mesures montrent qu'à un degré de précision incroyablement élevé, l'antimatière et la matière se comportent de manière identique.
Pourtant, ces nouvelles mesures ne peuvent pas répondre à l'une des plus grandes questions de la physique: pourquoi, si des parties égales de matière et d'antimatière se sont formées pendant le Big Bang, notre univers est-il aujourd'hui constitué de matière?
Univers en équilibre
Notre univers est fondé sur l'équilibre des opposés. Pour chaque type de particule "normale", faite de matière, il existe une antiparticule conjuguée de même masse qui a la charge électrique opposée produite en même temps. Les électrons ont des antielectrons ou positrons opposés; les protons ont des antiprotons; etc.
Cependant, lorsque la matière et les particules d'antimatière se rencontrent, elles s'anéantissent, ne laissant derrière elles que l'énergie restante. Les physiciens postulent qu'il aurait dû y avoir des quantités égales de matière et d'antimatière créées par le Big Bang, et chacun aurait assuré la destruction mutuelle de l'autre, laissant un univers de bébé privé des éléments constitutifs de la vie (ou quoi que ce soit, vraiment). Pourtant, nous sommes ici, dans un univers composé presque entièrement de matière.
Mais voici le truc: nous ne connaissons aucune antimatière primordiale qui a fait sortir du Big Bang. Alors pourquoi - si l'antimatière et la matière se comportent de la même manière - un type de matière a-t-il survécu au Big Bang et l'autre non?
L'une des meilleures façons de répondre à cette question est de mesurer les propriétés fondamentales de la matière et de ses conjugués d'antimatière aussi précisément que possible et de comparer ces résultats, a déclaré Stefan Ulmer, physicien à Riken à Wako, au Japon, qui n'était pas impliqué dans la nouvelle recherche. S'il y a une légère déviation entre les propriétés de la matière et les propriétés corrélées de l'antimatière, cela pourrait être le premier indice pour résoudre la plus grande unité blanche de la physique. (En 2017, les scientifiques ont constaté de légères différences dans le comportement de certains partenaires de la matière et de l'antimatière, mais les résultats n'étaient pas statistiquement suffisamment solides pour être considérés comme une découverte.)
Mais si les scientifiques veulent manipuler l'antimatière, ils doivent le faire avec minutie. Ces dernières années, certains physiciens ont commencé à étudier l'antihydrogène, ou l'équivalent de l'antimatière de l'hydrogène, parce que l'hydrogène est "l'une des choses que nous comprenons le mieux dans l'univers", a déclaré le co-auteur de l'étude Jeffrey Hangst, physicien à l'Université d'Aarhus au Danemark, à Live Science. . La fabrication d'antihydrogène implique généralement le mélange de 90000 antiprotons avec 3 millions de positons pour produire 50000 atomes d'antihydrogène, dont seulement 20 sont capturés avec des aimants dans un tube cylindrique de 11 pouces de long (28 centimètres) pour une étude plus approfondie.
Maintenant, dans une nouvelle étude publiée aujourd'hui (4 avril) dans la revue Nature, l'équipe de Hangst a atteint un standard sans précédent: ils ont pris la mesure la plus précise de l'antihydrogène - ou de tout type d'antimatière - à ce jour. Dans 15000 atomes d'antihydrogène (pensez à faire ce processus de mélange susmentionné environ 750 fois), ils ont étudié la fréquence de la lumière que les atomes émettent ou absorbent lorsqu'ils sautent d'un état d'énergie inférieur à un état supérieur.
Les mesures des chercheurs ont montré que les niveaux d'énergie des atomes d'antihydrogène et la quantité de lumière absorbée étaient en accord avec leurs homologues d'hydrogène, avec une précision de 2 parties par billion, améliorant considérablement la précision de mesure précédente de l'ordre de parties par milliard.
"Il est très rare que les expérimentateurs parviennent à augmenter la précision d'un facteur 100", a déclaré Ulmer à Live Science. Il pense que si l'équipe de Hangst continue le travail pendant 10 à 20 ans supplémentaires, elle pourra augmenter son niveau de précision de spectroscopie de l'hydrogène d'un facteur supplémentaire de 1 000.
Pour Hangst - le porte-parole de la collaboration ALPHA à l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN), qui a produit ces résultats - cette réalisation a nécessité des décennies de travail.
Le piégeage et la conservation de l'antimatière ont été un exploit majeur, a expliqué Hangst.
"Il y a vingt ans, les gens pensaient que cela n'arriverait jamais", a-t-il déclaré. "C'est un tour de force expérimental pour pouvoir le faire."
Les nouveaux résultats sont très impressionnants, a déclaré Michael Doser, physicien au CERN qui n'était pas impliqué dans le travail, dans Live Science dans un e-mail.
"Le nombre d'atomes piégés pour cette mesure (15 000) est une énorme amélioration par rapport à ses propres records d'il y a seulement quelques années", a déclaré Doser.
Que nous dit donc la mesure la plus précise de l'antimatière? Eh bien, malheureusement, pas beaucoup plus que ce que nous savions déjà. Comme prévu, l'hydrogène et l'antihydrogène - matière et antimatière - se comportent de manière identique. Maintenant, nous savons juste qu'ils sont identiques à une mesure de parties par billion. Cependant, Ulmer a déclaré que la mesure de 2 parties par billion n'exclut pas la possibilité que quelque chose s'écarte entre les deux types de matière à un niveau de précision encore plus élevé qui a jusqu'à présent défié la mesure.
Quant à Hangst, il est moins soucieux de répondre à la question de savoir pourquoi notre univers de matière existe comme il le fait sans antimatière - ce qu'il appelle «l'éléphant dans la pièce». Au lieu de cela, lui et son groupe veulent se concentrer sur des mesures encore plus précises et sur la façon dont l'antimatière réagit avec la gravité - tombe-t-elle comme de la matière normale, ou peut-elle tomber?
Et Hangst pense que le mystère pourrait être résolu avant la fin de 2018, lorsque le CERN fermera ses portes pendant deux ans pour des mises à niveau. "Nous avons d'autres tours dans notre manche", a-t-il déclaré. "Restez à l'écoute."
