L'antimatière ne tombe pas, révèle une expérience du CERN – Physics World

L’antimatière ne « tombe » pas, mais réagit à l’attraction gravitationnelle de la Terre de la même manière que la matière normale. C'est la conclusion des physiciens travaillant sur le ALPHA-g expérience au CERN, qui ont fait la première observation directe d'atomes d'antimatière en chute libre.

L’expérience permet d’écarter l’idée selon laquelle une différence dans leurs réponses à la gravité serait en quelque sorte responsable du fait qu’il y ait beaucoup plus de matière que d’antimatière dans l’univers visible. Cependant, la mesure laisse toujours ouverte la possibilité alléchante, mais très improbable, que l’antimatière et la matière réagissent légèrement différemment à la gravité.

L’antimatière a été prédite pour la première fois en 1928 et quatre ans plus tard, les premières particules d’antimatière – des antiélectrons ou positons – ont été observées en laboratoire. Les particules d'antimatière semblent identiques à leurs homologues de matière, mais avec leur charge, leur parité et leur temps inversés. Jusqu’à présent, les études sur les antiparticules suggèrent qu’elles ont les mêmes masses que leurs homologues et qu’elles réagissent de la même manière à la gravité.

Banni de la vue

Cette similitude suggère que l’antimatière aurait dû être produite en même quantité que la matière lors du Big Bang. Cela va à l’encontre de ce que nous savons de l’univers visible, qui semble contenir beaucoup plus de matière que d’antimatière. En conséquence, les physiciens recherchent des différences subtiles entre l’antimatière et la matière, car la découverte de telles différences pourrait aider à expliquer pourquoi la matière domine l’antimatière.

Des mesures indirectes de l’effet de la gravité sur l’antimatière suggèrent que la matière et l’antimatière réagissent toutes deux de la même manière à la gravité. Cependant, les difficultés liées au travail avec l'antimatière signifiaient qu'une observation directe de l'antimatière tombant librement sous l'effet de la gravité terrestre n'avait pas été réalisée.

Bien que l’antimatière puisse être fabriquée en laboratoire, elle s’annihile au contact de la matière dans un appareil expérimental. Il faut donc faire très attention à accumuler suffisamment d’antimatière pour réaliser une expérience. Au cours de la dernière décennie, l'équipe ALPHA du CERN a perfectionné le piégeage magnétique de l'antimatière sous vide poussé pour minimiser l'annihilation. Aujourd’hui, ils ont créé un piège dans une grande chambre à vide cylindrique appelée ALPHA-g, qui leur permet d’observer si l’antimatière tombe vers le bas ou vers le haut.

Leur expérience consiste à remplir la chambre d’atomes d’antihydrogène, qui comprennent chacun un antiproton et un positron. Les positons sont collectés à partir d'une source radioactive et les antiprotons sont créés en tirant des protons sur une cible solide. Les deux types d’antiparticules sont soigneusement ralentis puis combinés pour créer de l’antihydrogène.

Sortir du piège

L'expérience ALPHA-g commence avec l'antihydrogène piégé magnétiquement au centre du cylindre. Ensuite, le champ de piégeage est réduit, de sorte que les antiatomes commencent à échapper au piège. Ces évadés frappent les parois de la chambre, où l'annihilation crée un éclair de lumière dans un détecteur à scintillation. L’équipe a observé environ 80 % des annihilations sous le centre du piège, ce qui suggère que les antiatomes tombent sous l’effet de la gravité une fois libérés du piège. Cela a été confirmé en répétant l’expérience plus d’une douzaine de fois. L’équipe n’a pas observé 100 % des antiatomes se déplaçant vers le bas car le mouvement thermique des particules en a envoyé certains vers le haut et ils se sont annihilés avant de pouvoir retomber – explique le porte-parole d’ALPHA-g. Jeffrey Hangst, qui travaille à l'Université d'Aarhus au Danemark. Hangst a dit Monde de la physique que l'expérience est cohérente est la chute de l'antihydrogène.

ALPHA intervient sur l'antimatière

Cependant, ALPHA-g a découvert que les antiatomes subissaient une accélération due à la gravité terrestre qui représente environ 0.75 de celle subie par la matière normale. Bien que cette mesure ait une faible signification statistique, elle laisse espérer que les physiciens pourraient bientôt découvrir une différence entre la matière et l’antimatière, ce qui pourrait ouvrir la voie à une nouvelle physique au-delà du modèle standard.

Graham Shore de l'Université de Swansea au Royaume-Uni raconte Monde de la physique que le résultat d'ALPHA-g ne doit pas être interprété comme une preuve que l'antimatière réagit différemment de la matière dans le champ gravitationnel terrestre.

"Toute mesure d'un écart serait extrêmement inattendue et indiquerait probablement un nouveau type de force gravitationnelle, peut-être un graviphoton, mais il est difficile de voir comment cela aurait pu rester caché des expériences gravitationnelles de précision sur la matière", explique Shore. , qui n'a pas participé à l'expérience ALPHA-g.

Il faudra cependant attendre davantage de données de l'expérience car l'ALPHA-g a été démantelé et une expérience de spectroscopie a été installée à sa place au CERN. Hangst et ses collègues corrigent actuellement un défaut de conception connu dans un aimant d'ALPHA-g et étudient comment refroidir au laser les atomes d'antihydrogène pour améliorer les performances de l'expérience.

La recherche est décrite dans Nature.

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• La source: https://physicsworld.com/a/antimatter-does-not-fall-up-cern-experiment-reveals/