Antimatière

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Il s'agit ici d'une approche plus "philosophique" sur les questions posées par l'antimatière, ou sur ses applications humaines. Pour une approche plus technique sur la nature de l'antimatière et de ses fonctionnements "intimes", consulter la fiche "antiparticule"

Selon la théorie du Big bang, lors de la formation de l'univers, l'antimatière est apparue en même temps que la matière. L'énergie, initialement présente sous la forme de photons (de lumière), s'est "divisée" en particules et antiparticules, donnant naissance à la matière et à l'antimatière.

Cette dénomination "anti" de l'antimatière provient du fait que si l'on met en présence de la matière et de l'antimatière, les deux s'annihilent totalement en une gerbe de photons, libérant l'énergie originelle qui avait été nécessaire pour leur création.

Dans l'état actuel des modèles scientifiques, la désintégration matière/antimatière est la réaction physique la plus énergétique qui soit vis-à-vis des masses engagées. Les quantités d'énergies libérées sont colossales, plus importantes encore que celles libérées lors de fusion nucléaire. Ainsi, si l'on parvenait à mieux la maîtriser, l'antimatière permettrait de stocker énormément d'énergie.

Sur Terre et dans l'univers que nous connaissons, l'antimatière ne peut pas exister naturellement, car elle entrerait en contact avec de la matière et serait instantanément annihilée. C'est sa création artificielle, dans des accélérateurs de particules, qui a permis de vérifier l'existence de l'antimatière.

Toutefois, comme les lois de la physique ne diffèrent pas considérablement de la matière à l'antimatière, il est tout à fait possible qu'il existe, quelque part dans l'univers, des planètes, des étoiles ou des galaxies, voire des êtres vivants, constitués d'antimatière. Pour ces anti-extra-terrestres, l'antimatière serait notre matière à nous.

Longtemps, les scientifiques ont d'ailleurs considéré qu'il devait logiquement exister autant d'antimatière dans l'univers que de matière, puisque chaque particule de matière était créée en même temps qu'une antiparticule correspondante. Ce qui posait un problème, c'était que bien qu'on les cherchait activement, on ne trouvait aucune trace d'anti-monde. La grande question est donc : qu'est devenue toute cette antimatière ? De nombreuses hypothèses ont vu le jour pour tenter d'expliquer cette absence de l'antimatière. Dans tous les cas, l'explication de cette disparition permettra de mieux comprendre la nature de l'univers, de l'espace et du temps.

Sommaire

1 Les hypothèses sur la disparition de l'antimatière
2 L'antimatière en pratique
- 2.1 État de la recherche
- 2.2 Perspectives
3 Voir aussi

[modifier] Les hypothèses sur la disparition de l'antimatière

[modifier] La dissymétrie de la désintégration

La théorie la plus avancée dans ce domaine a été trouvée, non pas en cherchant où pourrait être passée cette anti-matière, mais en supposant que les désintégrations entre la matière et l'antimatière n'étaient pas symétriques. C'est ce qu'on appelle l'asymétrie CP.

Les scientifiques ont observé effectivement que certaines réactions sur les Kaons ne sont pas parfaitement symétriques pour les particules et les antiparticules. Ce qui introduit un (très) léger avantage en faveur de la forme que nous appelons tout simplement « matière ». Au cours des nombreuses désintégrations entre matière et anti-matière aux débuts de l'univers, il y a eu un excès de particules d'un milliardième, au détriment des antiparticules. Ce rapport est figé dans le nombre nucléons/photons : 1/10⁹. Donc une particule de matière sur un milliard seulement aurait survécu aux désintégrations d'avec l'antimatière.

Les scientifiques remarquent par ailleurs, dans leur observation de l'univers, que tous les photons rayonnés par la matière "actuelle" (la lumière des étoiles, principalement) ne comptent que le millième des photons du rayonnement fossile, issue des premiers temps de l'univers, donc des premières désintégrations. Cette très grande présence de photons "fossiles" tendrait à conforter l'hypothèse d'une désintégration massive avec les anti-particules, dès les origines de l'univers. On ne verrait donc plus l'antimatière tout simplement parce qu'il n'y en aurait plus.

Bien que des rescapés anti-matériels de ces désintégrations aient pu survivre, on ne les a pas encore trouvés, et les autres hypothèses élaborées pour l'absence de l'antimatière peuvent aujourd'hui servir aussi pour imaginer où serait cette antimatière rescapée.

[modifier] L'antimatière est au delà de notre champ de vision

Nous ne voyons en effet qu'une toute petite partie de l'univers parce que les plus grands télescopes possèdent une limite et que l'antimatière peut très bien se trouver au delà de notre champ de vision. De surcroît, plus on regarde loin, plus on voit dans le passé. Or, l'univers ayant, selon les théories actuelles, entre 10 et 15 milliards d'années environ, on ne peut pas voir plus loin qu'à 10 ou 15 milliards d'années-lumière. L'antimatière peut se trouver au-delà de cet "horizon" visible.

Par ailleurs, on observe actuellement aux frontières de l'univers observable des éléments de la taille d'une galaxie, mais illuminant l'espace avec l'intensité de milliards de galaxies.

Selon certaines hypothèses, ces objets célestes pourraient être des régions où matière et antimatière se rencontreraient et se concentreraient, sous l'attraction gravitationnelle, en une sorte de galaxie mixte où les rencontres entre matière et antimatière seraient très nombreuses, d'où leur incroyable luminosité.

[modifier] Un anti-univers

L'antimatière pourrait aussi avoir été projetée, lors de la création de l'univers, dans un univers parallèle, composé alors uniquement d'antimatière. Cet univers parallèle serait alors appelé anti-univers. Mais il resterait encore à expliquer le cheminement du big bang vers ces deux univers, ou élaborer une théorie qui remplacerait celle du big bang et qui inclurait cette asymétrie, et découvrir comment cet univers parallèle se serait détaché du nôtre sans laisser de traces observables.

Hélas ! Ce monde nous serait inaccessible du fait même de sa composition.

[modifier] Les particules de matière seraient plus stables

Les particules possèdent en effet une durée de vie, au delà de laquelle elle se désintègrent spontanément. Cette hypothèse repose sur une asymétrie des équations qui permettrait à certaines particules d'être plus stables que leur antiparticule, comme dans la désintégration asymétrique du kaon neutre et de l'antikaon neutre : par exemple une rupture de la Symétrie CP.

[modifier] Les anti-particules se seraient transformées en matière

Les antikaons se transforment spontanément en une particule correspondante. Vu que matière et antimatière fonctionnent de la même manière, l'inverse aurait dû être possible avec la même facilité, mais ce ne serait . Des antikaons pourraient devenir des kaons, mais parmi ces nouveaux kaons, un petit nombre ne redeviendrait pas un antikaon, et à force de défections, le nombre d'antikaons serait largement inférieur à celui des kaons.

Par conséquent la matière ne pouvait que prendre le dessus sur l'antimatière. Cette hypothèse est née d'observations faites dans les années 1960 par des physiciens.

Mais ceci n'expliquerait pas tout : le couple kaon/antikaon ne représenterait qu'une minorité de la matière/antimatière, et même si les physiciens estiment qu'il n'y avait qu'un milliardième de matière en plus par rapport à l'antimatière, ils cherchent donc une solution plus complète à ce mystère en étudiant les propriétés d'autres antiparticules, qu'ils produiront dans de grandes installations prochainement (A compléter plus tard, parler du LHC, CMS, Alice...)

[modifier] Une rupture de symétrie de la réalité sans asymétrie des équations

Si une particule et son antiparticule ont chacune 50 % de chances d'être créées, ça n'implique pas que 50 % des créations seront des particules, on peut avoir 50,00001 %, et alors au final, les 49,99999 % d'antiparticules se seraient annihilées avec autant de particules, laissant 0,00002 % de particules sans antiparticule. Mais le nombre immense de particules diminue fortement la probabilité de cette hypothèse.

[modifier] L'antimatière en pratique

[modifier] État de la recherche

La recherche sur la production et le stockage de l'antimatière s'améliore rapidement au cours du temps, ainsi aujourd'hui l'être humain est capable de créer de l'antimatière, en utilisant notamment les accélérateurs de particules. Les accélérateurs de particules, en projetant des particules l'une contre l'autre, entraînent la formation d'antiprotons et de positrons. Il est désormais possible de les isoler des autres particules via une méthode complexe, puis de les piéger dans un champ magnétique sous vide. Des chercheurs ont déjà stocké ainsi des millions d'anti particules dans des réservoirs pendant une semaine. La difficulté du stockage semble a priori réglée, le temps de stockage s'améliorant de plus en plus ainsi que la capacité.

[modifier] Perspectives

Avec une « usine à antimatière » utilisant les technologies actuelles, construite exclusivement afin d'en produire (contrairement aux accélérateurs de particules, dont ce n'est pas le but premier), la quantité d'antimatière produite pourrait augmenter considérablement. Seulement les quantités resteraient encore dérisoires, et vu le coût énergétique de la production, il est impensable de voir prochainement l'antimatière comme un moyen de stockage industriel de l'énergie. Cependant les quantités produites, accumulées pendant plusieurs mois ou années permettraient de disposer de suffisamment d'antimatière pour faire des voyage spatiaux. En effet le poids du carburant est déterminant dans le domaine spatial car il alourdit le vaisseau. Les recherches de la NASA prédisent qu'il serait possible de disposer de 10 micro grammes d'anti matière, suffisamment pour un voyage Terre-Mars pour 250 millions de dollars « seulement ».

Dans le domaine médical, l'antimatière permettrait d'irradier quatre fois plus de cellules cancéreuses avec moins de séquelles sur les tissus sains, parfois abimés actuellement par les rayonnements utilisés. Le PET-Scan (Positron Electron Spectometry) utilise d'ores et déjà les propriétés d'interaction positron-électron dans un but diagnostique.

Dans le domaine militaire, la quantité d'antimatière ne permettrait pas, une fois encore, de faire des bombes, mais elle pourrait servir de détonateur à une réaction de fusion termonucléaire. Cela permettrait de se débarrasser du détonateur de la bombe H, qui, rappelons-le, est constitué d'une bombe A (réaction de fission de matériaux lourds de type Uranium). Ainsi les 5 kg de Plutonium nécessaires à une réaction en chaîne de fission ne seraient plus indispensables et seraient remplacés par quelques micro grammes d'antimatière. La taille des bombes serait ainsi facilement réduite, ce qui permettrait leur utilisation dans les guerres conventionnelles. De plus, le rayonnement radioactif, sans la bombe A, serait insignifiant.

[modifier] Voir aussi

[modifier] Articles connexes

[modifier] Bibliographie

Pour la Science, Dossier Les symétries de la nature, N°20, Juillet 1998 : Traite de l'asymétrie cosmique entre la matière et l'antimatière, Site de Pour la Science