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L’antimatière racontée... en 60 secondes

L’antimatière est faite de particules qui ont des propriétés égales mais opposées à celles qui composent la matière de tous les jours. Prenons une analogie : creusez un trou et créez un monticule avec la terre que vous avez déblayée. Le volume de terre enlevé au trou est bien égal à celui ajouté au monticule — des caractéristiques égales mais opposées. Pour les particules, certaines propriétés comme la charge électrique sont opposées. Quand une particule est positive, son antiparticule est négative et vice et versa. De plus, particules et antiparticules s’annihilent quand elles se rencontrent, dans une bouffée d’énergie. Un peu comme si on remplissait le trou à nouveau avec la terre du monticule, il ne resterait alors plus rien.

L’univers que nous connaissons aujourd’hui semble ne pas contenir une quantité significative d’antimatière, bien qu’on pense que le Big Bang ait créé antimatière et matière en égale quantité. Alors, où est passée l’antimatière ? Une explication possible serait qu’il y ait une très subtile différence de propriétés entre matière et antimatière, qui aurait donné un infime avantage à la matière au moment de l’annihilation initiale entre matière et antimatière. Des expériences de physique des particules au Cern à Genève (LHCb), à SLAC en Californie et à KEK au Japon produisent de l’antimatière et étudient cette infime différence avec la matière.

L’antimatière a des applications médicales dans la vie de tous les jours notamment avec la tomographie par émission de positons (TEP). Mais produire de l’antimatière, même en très petite quantité, est difficile et n’aura jamais la puissance d’alimenter le vaisseau de Star Trek...

L’idée et la découverte

Le physicien théoricien Paul Dirac prédit l’existence des positons (antiélectrons) et des autres antiparticules en 1928. En combinant les équations classiques de description du mouvement d’un électron avec les lois de la relativité et la physique quantique, Dirac trouve une drôle de solution : celle d’un électron se déplaçant avec une énergie négative, ce qui est impossible en physique classique. Il interprète alors ce résultat comme une "antiparticule", qu’il nomme le positon, se déplaçant avec une énergie positive. Quatre ans plus tard, le physicien Carl Anderson observe dans une chambre à brouillard le positon de Dirac. Dirac et Anderson recevront le prix Nobel.

À écouter et regarder

Applications médicales de l’antimatière
Découvrez ce qu’est la tomographie à émissions de positons.
Une vidéo ©Cern / Mannmade

Où est passée l’antimatière ?
L’antimatière, mythe ou réalité ?
Pourquoi la nature a préféré la matière ?
Conférence donnée à la Cité des sciences par Catherine Thibault, chercheuse CNRS/IN2P3 au CSNSM (oct 2007).

À lire - des liens pour aller plus loin

    • Découvrez l’antimatière
      Pages spéciales "Anges et Démons" du Cern : Qu’est-ce que l’antimatière ? Comment la fabrique-t-on ? Peut-on la stocker ? etc.

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pour en savoir +
  • Le paragraphe "en 60 secondes" est adapté de l’article (en anglais) de Michael Doser (Cern) pour le magazine Symmetry.
  • Le paragraphe sur la découverte du positon est adapté et extrait de l’article (en anglais) de Youhei Morita (KEK) pour le magazine Symmetry.
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