Antimatière

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L'antimatière est l'ensemble des particules identiques aux particules constituant la matière, mais de charge opposée. Le préfixe "anti-" signifie que l'antimatière est l'opposée de la matière. Il prend un autre sens si on tient compte du fait que la matière et l'antimatière s'anihilent mutuellement. En effet, si une particule de matière entre en contact avec la particule d'antimatière correspodante (son antiparticule) les deux particules sont anihilées, ou si l'on préfère convert
Antimatière

L'antimatière est l'ensemble des particules identiques aux particules constituant la matière, mais de charge opposée. Le préfixe "anti-" signifie que l'antimatière est l'opposée de la matière. Il prend un autre sens si on tient compte du fait que la matière et l'antimatière s'anihilent mutuellement. En effet, si une particule de matière entre en contact avec la particule d'antimatière correspodante (son antiparticule) les deux particules sont anihilées, ou si l'on préfère converties en énergie (suivant la formule E=mc²). De même, il est possible de former une antiparticule en même temps que la particule équivalente en fournissant la même quantité d'énergie. Il s'agit de la seule réaction qui transforme l'intégralité de la masse en énergie. L'antimatière pourrait donc être employée comme moyen de stockage d'énergie, à supposer qu'on soit capable d'empècher les particules d'entrer en contact avec les antiparticules. Mais en aucun cas on ne pourrait s'en servir comme source d'énergie. Il n'y a pas de gisements d'antimatière, contrairement au pétrole et à l'uranium. La matière et l'antimatière jouant des rôles tout à fait symétriques dans l'univers, que l'une soit appellée matière et l'autre antimatière n'est qu'une question d'anthropomorphisme: nous appellons matière les particules qui nous constituent, antimatière celles qui ont les charges opposées. L'antimatière n'a été imaginée que quand Paul Dirac a écrit l'équation portant son nom. Mais on sait que lors des premiers instants de l'univers, à l'époque du Big Bang, la matière et l'antimatière étaient présentes en qualtités égales, s'anihilant et se reformant en permanence. L'univers dans lequel nous vivons est formé presque exclusivement de matière. Les antiparticules ne sont présentes que de manière infinitésimale dans les rayons cosmiques (dont l'observation a permis de vérifier les prédictions de Dirac).Présentation de l'institut de recherche en rayons cosmiques de Tokyo (+) Des quantités tout aussi infinitésimales d'antimatière ont été créées dans des laboratoires.

La réaction matière/antimatière

En contact, matière et anti matière disparraissent dans une gerbe d'energie Cette réaction pour le moins étonnante vient du fait que deux particules sont symétriquement opposées Au dela de la charge électrique, il s'agit aussi de plusieurs nombres assez complexes définis par la physique quantique. La particule qui sera le produit de cette réaction devra avoir sa charge et ses nombres quantiques nuls. Or, il n'y en a qu'une : le photon, un pur concentré d'energie Imaginez chaque proton, neutron, électron de chaque atomes réagissant avec son antiparticule. Des scientifiques ont estimés que 1g de matière réagissant avec 1g d'antimatière produirait autant d'energie que le bombardement atomique à Hiroshima.

La symétrie CPT

Le problème de la disparition de l'antimatière

À l'époque du Big Bang, matière et antimatière étaient présentes en quantités égales. Aujourd'hui, seule la matière demeure. Les lois de la désintégration matière-antimatière étant symétriques, qu'est-ce qui expliquerait cette disparition?

Les trois conditions de Sakharov

Andreï Sakharov a déterminé trois conditions suffisantes pour expliquer le passage d'un univers constitué à égalité de matière et d'antimatière à un univers constitué exclusivement de matière:
- qu'il y ait des différences entre les lois régissant l'évolution de la matière et celles de l'antimatière
- qu'il existe un processus violant la conservation du nombre baryonique
- qu'il y ait rupture de l'équilibre thermique La première condition est remplie par la violation de la symétrie CP.

"Victoire" de la matière par violation de CP

Les kaons neutres sont des particules qui se transforment spotanément en leurs propres antiparticules, et ceci dans les deux sens. Mais il existe une asymétrie dans cette transformation, y compris vis-à-vis de la symétrie CP: la transformation d'un kaon en antikaon est légèrement plus lente que l'inverse. Le nombre de kaons présents tend donc à être supérieur à celui d'antikaons à un instant donné. Cette asymétrie peut exmpliquer que la matière se soit retrouvé en infime minorité face à l'antimatière (un milliard et un contre un milliard), et l'anihilation mutuelle conduit alors à ne laisser que de la matière, en quantité infime par rapport à la quantité présente avant anihilation.

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.

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.

L'antimatière en pratique

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.

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 10µg 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 abîmés actuellement par les rayonnements utilisés. Le PET-Scan (Positron Electron Spectrometry) 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 thermonucléaire. 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.

Historique

- 1928 : prédiction théorique de l'antimatière par Dirac
- 1932 : découverte du positron par Carl David Anderson
- 1936 : étude à l' Observatoire du Mont Palomar de la matière et l'antimatière dans les étoiles et les galaxies par Fritz ZwickyHistoire de l'Astronomie de Charles-Albert Reichen, 1964 (Le cercle du Bibliophile et ENI) coll. Erik Nitsche
- 1955 : Emilio Segrè et Owen Chamberlain de Berkeley découvre l'antiproton
- 1956 : découverte de l'antineutron par Bruce Cork
- 1965 : création du premier antinoyau avec un deutéron, noyau du deutérium dans le Proton Synchrotron du CERN et au Alternating Gradient Synchrotron du Laboratoire national de Brookhaven
- 1995 : création des premiers antiatomes d'antihydrogène dans un laboratoire du CERN à Genève.

Bibliographie

-Maurice Duquesne -"Matière et l'Antimatière", 1960 (PUF)
- Robert L Forward & Joel Davis -"Les mystères de l'antimatière", 1982, (Editions du Rocher)
-Gabriel Chardin - "L'Antimatière : La matière qui remonte le temps", 2006 (Editions le Pommier)

Notes et références de l'article

Voir aussi

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Sujets connexes
Andreï Sakharov   Anthropomorphisme   Antineutron   Antiparticule   Big Bang   Bombe A   Carl David Anderson   Deutérium   Dirac   E=mc²   Fritz Zwicky   Gabriel Chardin   Genève   Hiroshima   Kaon   Laboratoire national de Brookhaven   Neutron   Nombre baryonique   Observatoire du Mont Palomar   Owen Chamberlain   Paul Dirac   Photon   Positron   Principe anthropique   Proton   Rayon cosmique   Symétrie CP   Université de Californie (Berkeley)  
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