Antimatière - Wikipédia

AntimatireL'antimatire est l'ensemble des antiparticules des particules composant la matire classique celledont est faite la Terre. Le prfixe anti- signifie que l'antimatire est l'oppose de la matire.

L'opposition se fait au niveau des charges (dont la charge lectrique) : les particules composantl'antimatire ont des charges opposes celles des particules jouant le mme rle dans la matire. Parexemple, la matire comprend les protons, positifs, et les lectrons, ngatifs. L'antimatire comprenddonc les antiprotons, ngatifs, et les antilectrons (ou positrons), positifs. Ce qui n'empche pasl'existence de particules d'antimatires de charge nulle (par exemple les antineutrons). Il existe pourchaque particule une antiparticule correspondante.

Pour une particule lmentaire de charge nulle, il est possible d'tre sa propre antiparticule : c'est lecas du photon, du graviton s'il existe, et le cas du neutrino n'est pas tranch.

Autre caractristique, une particule et son antiparticule peuvent s'annihiler mutuellement lorsqu'ellesrentrent en contact : elles sont alors intgralement converties en nergie radiative (deux photons),suivant le total des masses en interaction, E=mc2. Cette annihilation conduit donc dire que lanotion de masse est unitaire et, qu'en ce domaine, on ne peut pas diffrencier facilement la matire del'antimatire.

L'antimatire a t imagine quand Paul Dirac a crit l'quation portant son nom .

L'antimatire n'existe qu'en quantits infimes dans l'univers local, soit dans les rayons cosmiques,soit produite en laboratoire. En fait, le nom antimatire est donn par Anthropocentrisme : nousappelons matire les particules qui nous constituent et antimatire les particules opposes.Les travaux sur l'antimatire consistent en grande partie expliquer pourquoi cette raret alors quencessairement, selon la thorie du Big Bang, la matire et l'antimatire auraient t prsentes enquantits gales.

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Sommaire1 La raction matire-antimatire2 La symtrie CPT

2.1 Victoire de la matire par violation de CP2.2 L'antimatire serait au-del de notre champ de vision2.3 Un anti-univers

3 Dans la pratique3.1 tat de la recherche3.2 Perspectives

4 Historique5 Notes et rfrences

5.1 Notes5.2 Rfrences

6 Voir aussi6.1 Bibliographie6.2 Articles connexes6.3 Liens externes

La raction matire-antimatireLorsque l'antimatire et la matire entrent en contact, elle peuvent s'annihiler mutuellement. Ellessont alors transformes en nergie, suivant la clbre quation E=mc2. En fait, il s'agit de la seulesituation connue dans laquelle la masse est intgralement convertie en nergie. Par comparaison, uneraction nuclaire classique ne dgage qu'une trs petite partie de l'nergie "de masse" contenue dansles combustibles nuclaires utiliss (~1 millime), cette dernire dgageant pourtant bien plusd'nergie encore qu'une combustion (~1 million de fois plus).

Cette raction donne un sens imprvu au prfixe anti , qui ne signifiait pas destructeur .

Ce phnomne est rversible : de l'nergie peut tre transforme en couple matire/antimatire. Maisil faut une concentration d'nergie norme pour y parvenir.

En aucun cas ce phnomne ne peut tre utilis comme source d'nergie, puisque la seule antimatiredont on dispose est fabrique en laboratoire prcisment par cette raction. Les lois de conservationdes phnomnes physiques interdisent clairement de convertir de la matire en antimatire pourensuite les transformer en nergie avec un gain, mme si l'exprience BaBar suggre le contraire (desexpriences ont russi transformer des kaons et des msons B en anti-matire).

L'antimatire pourrait en revanche tre thoriquement employe comme moyen de stockaged'nergie, mais pour l'instant l'nergie employer pour crer de l'antimatire est gale 108 foisl'nergie rcupre .2


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La symtrie CPTArticle dtaill : symtrie CPT.

Une hypothse avance par les scientifiques est lexistence dune asymtrie entre la matire etlantimatire. Cette asymtrie serait lorigine de labsence dantimatire dans lUnivers. En effet,supposons que la matire et lantimatire soient parfaitement symtriques, tant en quantits galesaprs le Big-bang, toute la matire et lantimatire se seraient annihiles. Notre existence montrequil reste pourtant encore de la matire. Il ny a donc pas de symtrie complte . Cetteasymtrie est rvle par une lgre diffrence entre les interactions dune particule de matire etdune antiparticule. Cette dissymtrie a t explique en 1965 par Andre Sakharov laide de la brisure de symtrie CP (dcouverte exprimentalement en 1964 ).

Sakharov a dtermin trois conditions pouvant expliquer le passage d'un univers constitu galitde matire et d'antimatire un univers constitu exclusivement de matire :

qu'il y ait des diffrences entre les lois rgissant l'volution de la matire et celles de l'antimatire.qu'il existe un processus violant la conservation du nombre baryonique.qu'il y ait rupture de l'quilibre thermique.

Victoire de la matire par violation de CPLes kaons neutres sont des particules qui se transforment spontanment en leurs propresantiparticules, et ceci dans les deux sens. Mais il existe une asymtrie dans cette transformation, ycompris vis--vis de la symtrie CP : la transformation d'un kaon en antikaon est lgrement pluslente que l'inverse. Le nombre de kaons prsents tend donc tre suprieur celui d'antikaons uninstant donn .

Cette asymtrie peut expliquer que l'antimatire se soit retrouve en infime minorit (~1milliardime) face la matire (999 999 999 particules d'antimatire pour 1 000 000 000 particulesde matire classique). L'annihilation mutuelle a alors conduit ne laisser que de la matire, enquantit infime par rapport la quantit prsente avant l'annihilation.

L'antimatire serait au-del de notre champ de vision

Article dtaill : Horizon cosmologique.

Une toute petite partie de l'Univers serait visible parce que les plus grands tlescopes possdent unelimite et que l'antimatire peut trs bien se trouver au-del de ce champ de vision.

De surcrot, plus on regarde loin, plus on voit dans le pass.

Or, l'Univers a environ 13,7 milliards d'annes. Par consquent il n'est possible de voir que les objetsdont la lumire aura voyag pendant moins de 13,7 milliards d'annes (ce qui situe la limite del'univers observable une distance spatiale, non pas de 13,7 milliards d'annes-lumire, mais de 43milliards d'annes-lumire, cause de l'expansion de l'univers).

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L'antimatire peut se trouver au-del de cet horizon visible.

Par ailleurs, on observe actuellement aux frontires de l'univers observable des lments de la tailled'une galaxie, mais illuminant l'espace avec l'intensit de milliards de galaxies. [rf. ncessaire]

Selon certaines hypothses, ces objets clestes pourraient tre des rgions o matire et antimatirese rencontreraient et se concentreraient, sous l'attraction gravitationnelle, en une sorte de galaxiemixte o les rencontres entre matire et antimatire seraient trs nombreuses, d'o leur forteluminosit. Cependant, comme dit plus haut, le photon tant sa propre antiparticule, rien ne permetde distinguer facilement une lointaine galaxie (ou un amas) d'antimatire d'une galaxie (ou d'unamas) de matire. Enfin, on peut faire remarquer que, pour faire coexister dans un seul universmatire et antimatire, il suffit d'admettre que cet Univers est fortement structur et que, pour uneraison encore inconnue, il n'y a pas "mlange immdiat" de ces deux parties. Une minorit dechercheurs dfendent un mlange immdiat au niveau de superamas juxtaposs .

Un anti-universUne hypothse propose que l'antimatire ait t projete, lors de la cration de l'Univers, dans ununivers parallle , compos alors uniquement d'antimatire (ou du moins, o la matire seraitaussi rare que l'antimatire dans le ntre). Cet univers parallle serait alors appel anti-univers .L'hypothse est assez minoritaire .

Elle ne doit pas tre confondue avec l'hypothse de Sakharov, pour qui il existe un univers constitud'antimatire avant l'instant zro, et de matire aprs .

Dans la pratique

tat de la rechercheLa recherche sur la production et le stockage de l'antimatire s'amliore rapidement au cours dutemps: ainsi aujourd'hui on est capable de crer de l'antimatire, en utilisant notamment lesacclrateurs de particules. Les acclrateurs de particules, en projetant des particules l'une contrel'autre, entranent la formation d'antiprotons et de positrons (des antilectrons). Il est dsormaispossible de les isoler des autres particules via une mthode complexe, puis de les piger dans unchamp magntique sous vide.

Des chercheurs ont dj stock ainsi des millions d'antiparticules dans des rservoirs pendant unesemaine. La difficult du stockage semble a priori rgle, les temps de stockage s'amliorantrapidement, ainsi que le savoir-faire permettant de produire les quantits suffisantes requises par lebesoin des expriences, (mais en aucun cas en tant que stockage d'nergie). Cependant, cesantiparticules tant grande vitesse aprs leur cration, il faut les ralentir trs fortement pour obtenirdes antiatomes faciles tudier : ce processus n'est pas encore rsolu. D'ici 2013, l'exprienceAegis qui est mene au CERN doit tester l'effet de la gravit sur l'antimatire . En effet il ne fautpas confondre la masse et l'attraction universelle due aux masses : ces deux notions sonttotalement indpendantes et de valeurs numriques en tous points diffrentes.

Grce au tlescope spatial Fermi, Michael Briggs, astrophysicien luniversit dAlabama, a

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dcouvert (http://www.sciencenews.org/view/generic/id/49288/title/Signature_of_antimatter_detected_in_lightning) que les clairs accompagnant un orage produisaientdes antiparticules (positrons). Lannihilation rciproque de ces positrons et des lectronscorrespondants (leurs antiparticules) se manifeste sous la forme de rayonnements gamma dont le pic 511 keV est typique dun tel phnomne. Lnergie due cette rencontre entre matire etantimatire monte vers la haute atmosphre pendant ces orages .

Par ailleurs, une ceinture naturelle d'antiprotons a t mise en vidence autour de la Terre .

PerspectivesAvec une usine antimatire utilisant les techniques actuelles, construite exclusivement afin d'enproduire (contrairement aux acclrateurs de particules, dont ce n'est pas le but premier), la quantitd'antimatire produite pourrait augmenter considrablement.

Seulement les quantits resteraient encore drisoires et, vu le cot nergtique de la production, il estimpensable de voir prochainement l'antimatire comme un moyen de stockage industriel de l'nergie.

Les quantits produites, accumules pendant plusieurs mois ou annes, pourraient peut-trecontribuer aux voyages spatiaux. En effet, une norme quantit de carburant n'est dterminante qu'audcollage, pour chapper l'attraction terrestre; que l'on se rappelle par exemple le rapport devolume entre une capsule spatiale et la fuse qui l'envoie hors de l'atmosphre : l'essentiel ducarburant est consacr acclrer le carburant encore non consomm.

Selon le mot d'Arthur C. Clarke, Lorsque nous sommes en orbite basse, nous sommes djnergtiquement mi-chemin de tout autre point de la galaxie.

Les recherches de la NASA prdisent qu'il serait possible de disposer de 10 mg d'antimatire ,suffisante pour un voyage Terre-Mars, pour 250 millions de dollars seulement .

Dans le domaine mdical, l'antimatire permettrait d'irradier quatre fois plus de cellules cancreusesavec moins de squelles sur les tissus sains, parfois abms par les rayonnements utiliss. LePET-Scan (Positron Electron Tomography) utilise d'ores et dj les proprits d'interaction positron-lectron des fins diagnostiques.

Dans le domaine militaire, la quantit d'antimatire ne permettrait pas, une fois encore, de faire desbombes, mais elle pourrait servir de dtonateur une raction de fusion thermonuclaire. Celapermettrait de se dbarrasser du dtonateur de la bombe H, qui est une bombe A (raction de fission,trs polluante, de matriaux lourds de type uranium ou plutonium).

Ainsi, les 5 kg de plutonium ncessaires une raction en chaine de fission ne seraient plusindispensables et seraient remplacs par quelques microgrammes d'antimatire. La taille des bombesH serait ainsi facilement rduite, ce qui permettrait leur utilisation dans les guerres conventionnelles.De plus, les retombes radioactives (sans la bombe A) seraient considrablement rduite par la nonutilisation d'lments radioactifs longue priode.

Historique

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1928 : prdiction thorique de l'antimatire par Dirac.1932 : dcouverte du positron par Carl David Anderson.1936 : tude l'observatoire du Mont Palomar de la matire et l'antimatire dans les toiles et lesgalaxies par Fritz Zwicky .1955 : Emilio Segr et Owen Chamberlain de l'Universit de Californie Berkeley dcouvrentl'antiproton.1956 : dcouverte de l'antineutron par Bruce Cork.1965 : cration du premier "antinoyau" avec un antideutron, noyau de l'antideutrium, dans leProton Synchrotron du CERN et au Alternating Gradient Synchrotron du Laboratoire national deBrookhaven .1995 : cration des premiers atomes d'antihydrogne dans un laboratoire du CERN Genve.2010 : cration des premiers antihypernoyaux .Le 18 novembre 2010, des chercheurs du CERN ont annonc quils ont russi piger pour lapremire fois des atomes dantihydrogne dans un champ magntique .2011 : observation du plus lourd antinoyau : un noyau d'4He (antihlium-4)

Notes et rfrences

NotesD'autres hypothses avaient t quelque temps envisages, comme celle qu'il reste un nombre importantd'toiles, voire de galaxies, entirement composes d'antimatire, en raison des htrognits de dpart; ellesn'ont cependant pas eu de suite

1.

Cependant, cette brisure fut longtemps conteste, et il semble que Sakharov ntait pas au courant de cesexpriences lorsquil publia son modle.

2.

Une masse de 10 mg d'antimatire reprsente une nergie quivalente 300 t de TNT ; soit 1/50 de la bombed'Hiroshima.

3.

Rfrences

L'antimatire a t prdite en 1931 par Paul Dirac (http://www.futura-sciences.com/fr/comprendre/glossaire/definition/t/physique-2/d/antimatiere_4998/)

1.

http://public.web.cern.ch/public/fr/Spotlight/SpotlightAandD-fr.html2.Microsoft PowerPoint - 040921 Antimatire SAF (http://www-cosmosaf.iap.fr/Antimatiere.pdf)3.D.L. Mamas (2011) An explanation for quasars and gamma ray bursts. Physics Essays: December 2011, Vol.24, No. 4, pp. 475-476. doi: http://dx.doi.org/10.4006/1.3627235

4.

http://www.time.com/time/magazine/article/0,9171,891767,00.html5.http://ysagnier.free.fr/science/sakharov.htm#titre36.Antimatter Experiment: Gravity, Interferometry, Spectroscopy.7.Antimatire : est-elle la cl de l'Univers ? Science et vie, octobre 2009, n1105, p.67.8.Science et Vie, janvier 2010, p. 12, Les clairs crent de lantimatire !9.http://tv.ibtimes.com/new-particle-found-among-the-anti-matter-circling-earth-s-magnetic-field/1547.html10.NASA's Plans to Explore the Moon, Mars and Beyond (http://www.nasa.gov/directorates/esmd/home/antimatter_spaceship.html)

11.

Histoire de l'astronomie de Charles-Albert Reichen, 1964 (Le cercle du Bibliophile et ENI) coll. Erik Nitsche12.(en) Massam, T., et al., Experimental observation of antideuteron production , Il Nuovo Cimento, vol. 39,1965, p. 1014

13.

(en) Dorfan, D. E., et al., Observation of Antideuterons , Phys. Rev. Lett., vol. 14, n 24, juin 1965,p. 1003-1006 [texte intgral (http://prola.aps.org/abstract/PRL/v14/i24/p1003_1), lien DOI (http://dx.doi.org/10.1103%2FPhysRevLett.14.1003)]

14.

(en) Collaboration STAR, Observation of an Antimatter Hypernucleus , Science, 18 fvrier 2010 [texteintgral (http://sciencemag.org/cgi/content/abstract/science.1183980) (page consulte le 7 mars 2010)]

15.

(en)Scientists capture antimatter atoms in particle breakthrough (http://edition.cnn.com/2010/WORLD16.

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/europe/11/18/switzerland.cern.antimatter/?hpt=Mid), CNN, publi le 18 novembre 2010.(en) Observation of the antimatter helium-4 nucleus (http://arxiv.org/abs/1103.3312)17.

Voir aussi

BibliographieMaurice Duquesne, Matire et l'antimatire, 1960, PUFRobert L Forward et Joel Davis, Les Mystres de l'antimatire, 1982, ditions du RocherGabriel Chardin, L'Antimatire : la matire qui remonte le temps, 2006, ditions le Pommier

Articles connexesAntiparticule, quation de MajoranaSymtrie CPPrincipe anthropiqueInteraction gravitationnelle de l'antimatire

Liens externes

Pour la Science, dossier Les Symtries de la nature, no 20, juillet 1998 : Traite de l'asymtriecosmique entre la matire et l'antimatire, Site de Pour la science (http://www.pourlascience.com/index.php?ids=lZhQsKnHyuivSfIIVZeZ&Menu=Dossier&Action=1&idn1=17)Dossier Antimatire (http://www.futura-sciences.com/comprendre/d/dossier501-1.php), futura-sciences.comL'antimatire selon Hubert Reeves (http://www.hubertreeves.info/chroniques/20051231.html)(suite de 5 textes)Article simplifi (http://citouci.free.fr/compte/article.php?id=99&title=Antimati%E8re)

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