L’antimatière
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L’univers est-il constitué exclusivement de matière, ou bien existe-t-il des étoiles et des galaxies d’antimatière ?

L’histoire de l’antimatière commence en 1930 lorsque le physicien Paul Dirac entreprend une description en théorie quantique du mouvement d’un électron dans un champ électromagnétique qui tienne compte correctement des principes de la relativité restreinte d’Einstein. Il s’aperçoit que ses équations ont deux solutions indissolublement liées, l’une décrivant l’électron, et l’autre décrivant une sorte de particule miroir de l’électron, de même masse mais dont les nombres quantiques sont de signe opposé. Il appela positon cette particule mathématique, qui dans ses équations pouvait par interaction s’annihiler avec un électron, d’où le terme de « antimatière ».

Considérée au début comme une curiosité mathématique, cette théorie connut la gloire lorsqu’en 1931 le physicien Carl Anderson observa le positon dans une chambre à brouillard, bien identifié par sa courbure dans le champ magnétique et les caractéristiques de la trace. Il fut ensuite prouvé que toute particule a son « miroir », son antiparticule. Le couple particule-antiparticule est globalement neutre du point de vue des nombres quantiques. Donc lorsqu’une particule entre en collision avec son antiparticule, elles s’annihilent en produisant de l’énergie, et inversement dans une collision à haute énergie entre particules l’énergie disponible en surplus dans la collision se matérialise en paires particule-antiparticule.

Il est donc facile de fabriquer des antiparticules : on le fait constamment avec les gros instruments que sont les « accélérateurs de particules » qui permettent d’étudier les collisions à haute énergie entre particules, ou entre des particules et la matière. Par contre, fabriquer un antinoyau est presque impossible, car il faut fabriquer les antiprotons et antineutrons nécessaires au même endroit, et en plus avoir la chance qu’ils aient la même direction et la même vitesse afin qu’ils puissent se coller ensemble sous l’effet des forces fortes (qui sont à très courte portée, dans un domaine inférieur à l’Angström).

Rien n’empêche a priori d’avoir des étoiles et des « anti-étoiles », des galaxies et des « anti-galaxies » si elles sont séparées. Une étoile éjecte dans l’espace des noyaux d’atome. Si il y a une anti-étoile, elle va éjecter des anti-noyaux qui en voyageant à travers l’espace vont finir par rencontrer des noyaux et vont s’annihiler en donnant des photons de haute énergie, qui permettraient de signaler la présence de l’anti-étoile. Ceci n’a pas été observé et nous permet de dire qu’il n’y a pas de quantité significative d’antimatière à moins de 20 Mpc (Megaparsecs).

Mais ou est donc passée l’antimatière ?

La détection d’un seul noyau d’antimatière dans l’espace, un antihélium ou un anticarbone par exemple, apporterait la preuve qu’il existe quelque part dans l’univers, hors de notre amas de galaxies, des creusets où ces noyaux sont synthétisés : des étoiles d’antimatière dont le combustible élémentaire serait l’antimatière (des antiprotons) de l’univers primordial. AMS a été conçue pour détecter ces anti-noyaux avec une sensibilité cent à mille fois supérieure à celle des expériences existantes. AMS permettrait ainsi de détecter des anti-galaxies situées aux confins de notre univers, en identifiant parmi le flux cosmiques les quelques anti-noyaux qui après avoir été éjectés d’une anti-étoile auraient pu survivre au long voyage semé d’embûches jusqu’à notre petite planète.




mis à jour le mardi 17 janvier 2017

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