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Les mystères de l'antimatière

En 1928, le physicien Paul Dirac fit une étrange prédiction, alors qu'il travaillait à réconcilier physique quantique et relativité restreinte.

La célèbre équation qu'il a alors trouvée fut à l'origine de la théorie quantique des champs. Les solutions à énergie négative qu'elle faisait intervenir furent interprétées comme représentant une nouvelle sorte de matière, inattendue. A chaque type de particule est associée une soeur jumelle, antiparticule (antiélectron, antineutron, antiproton...) dont les propriétés sont identiques, mais les charges opposées. Propriété fondamentale, lorsqu'une particule rencontre son antiparticule, les deux s'annihilent immédiatement pour donner du rayonnement. C'est la raison pour laquelle on ne rencontre pas d'antimatière dans notre monde de matière; et aussi pour laquelle il est très difficile non pas tant d'en créer, mais de la conserver. Une question tourmente les cosmologues depuis plusieurs décennies : si antimatière et matière ont les mêmes propriétés (inversées), pourquoi l'univers n'en contient pas des quantités égales ? Bien sûr, il serait impossible qu'elles coexistent. Mais ne pourrait-on pas imaginer une galaxie de matière, une autre d'antimatière, etc. ? Les observations ont montré que ce n'est pas le cas : la parité n'est pas respectée dans l'univers. En a-t-il toujours été ainsi ? Ou bien un processus aurait favorisé la matière au détriment de l'antimatière, dans un univers symétrique au départ ?... Malgré de nombreuses suggestions (notamment du physicien russe Andreï Sakharov), ce « problème de l'antimatière " reste ouvert. Dans ce contexte, il est intéressant de tester si les deux espèces se comportent bien identiquement. Les expérimentateurs font des prouesses pour en isoler quelques échantillons; par exemple des atomes d'antihydrogène réunissant un antiproton et un antiélectron. Vérification récemment annoncée : de tels atomes sont bien électriquement neutres (sans charge électrique), comme le prévoit la théorie. Une des prochaines étapes sera de vérifier comment ils se comportent en présence de gravitation. La théorie prévoit que l'antimatière « tombe vers le bas " comme la matière. Mais ne pourrait-on pas avoir une surprise ?

 

Marc Lachièze-Rey, directeur de recherche au CNRS, est physicien.

 

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