Un nouveau chapitre dans la recherche sur l’antimatière.

Depuis neuf mois, une équipe de chercheurs du CERN a réussi à mesurer le spectre de la lumière émise par les particules de miroir de l’hydrogène, l’antihydrogène.

Dès le début, les chercheurs ont des preuves détaillées de la structure de l’antihydrogène en utilisant la spectroscopie, établissant un point de repère dans notre quête pour déterminer pourquoi il y a quelque chose dans l’Univers plutôt que rien.

Dirigé par des chercheurs canadiens sous ce qu’on appelle la collaboration ALPHA, la première observation détaillée de la structure des antihydrogènes « fait maison » a montré que ses lignes spectrales sont pratiquement identiques à celles de l’hydrogène.

S’ils étaient même légèrement différents, ce serait une histoire tout à fait différente, l’une qui annonçait une fissure dans nos modèles sur l’Univers qui pourrait révéler pourquoi il ressemble à sa façon.

L’un des grands mystères actuels face à la physique moderne est la question de savoir pourquoi tout semble être constitué d’un type de matière, alors qu’il y en a deux sortes.

Le modèle standard de physique prédit que toutes les particules ont quelque chose d’un jumeau; Une particule qui correspond aux propriétés du miroir, comme une charge opposée.

Par exemple, l’électron à charge négative a un partenaire à charge positive appelé positron .

Ces particules se forment ensemble en paire. De plus, si les types de particules opposés se rencontrent, ils s’annulent dans un incendie de rayonnement gamma.

Cela laisse la question de savoir pourquoi il y a tellement d’un type de matière, et pas seulement un univers vide bourdonnant de rayonnement.

S’il y avait une sorte de déséquilibre dans la symétrie apparente de l’Univers, cela expliquerait pourquoi nous nous sommes retrouvés avec assez de matière après le Big Bang pour construire quelques milliards de galaxies .

La recherche d’une différence dans les deux types de matière est un bon endroit pour commencer.

L’étape numéro un obtient suffisamment d’antimatière dans un seul endroit, ce qui n’est pas une tâche facile.

L’ALPHA Collaboration a réussi à le faire en démarrant le Anti-Protonator Antiproton du CERN et produisant environ 90 000 antiprotons.

Pour créer l’élément antihydrogène, ils ont besoin de coupler chaque antiproton avec un positron.

Même après avoir réalisé 1,6 million de positons, les chercheurs ont seulement réussi à fabriquer environ 25 000 atomes d’antihydrogène.

Une poignée relative de ceux-ci était assez lente pour être piégé dans un champ de force spécial qui les empêchait de toucher la matière «normale» et de disparaître en un clin d’œil.

« Nous devons les séparer », explique le chercheur Justine Munich .

« Nous ne pouvons pas simplement mettre nos antiatomes dans un récipient ordinaire. Ils doivent être piégés ou maintenus à l’intérieur d’une bouteille magnétique spéciale ».

En tout, l’équipe a réussi à piéger et à détecter seulement 194 atomes au cours d’un certain nombre d’essais, ce qui vous donne une idée des difficultés liées à l’étude même des formes les plus simples d’antimatière.

Heureusement, il suffisait d’irradier un échantillon d’antihydrogène avec des micro-ondes de fréquences variables et d’observer leur réaction.

Lorsqu’une unité de rayonnement électromagnétique comme un micro-ondes frappe un électron, elle l’absorbe et change de position. En remontant, il crache sa propre vague de lumière.

Différents éléments absorbent et émettent leur propre spectre de lumière à des longueurs d’ondes spécifiques, produisant un motif qui raconte aux physiciens beaucoup sur la structure de l’atome qui les produit.

« Les lignes spectrales sont comme les empreintes digitales. Chaque élément a son propre modèle unique », explique le chercheur Michael Hayden de l’Université Simon Fraser.

Théoriquement, en tant que miroirs du même élément, l’hydrogène et l’antihydrogène devraient partager ce modèle.

Des recherches antérieures ont suggéré que cela était vrai, mais le détail n’était pas assez clair pour être concluant.

Pour la première fois, les chercheurs ont trouvé un moyen de capturer de beaux détails des rayons spectral des antihydrogènes et montrent qu’ils sont en fait identiques à l’hydrogène.

L’irradiation des atomes d’antihydrogène avec les micro-ondes a permis aux physiciens de déterminer leur empreinte digitale légère d’une manière plutôt indirecte, en utilisant des changements spécifiques dans l’antihydrogène qui les ont poussés à éjecter de la bouteille magnétique pour affiner les estimations sur ses lignes spectrales.

« La spectroscopie est un outil très important dans tous les domaines de la physique. Nous entrons maintenant dans une nouvelle ère alors que nous étendons la spectroscopie à l’antimatière », explique Jeffrey Hangst , porte-parole de l’expérience ALPHA.

« Avec nos techniques uniques, nous pouvons maintenant observer la structure détaillée des atomes d’antimoine en heures plutôt qu’en semaines, ce que nous ne pouvions même pas imaginer il y a quelques années ».

À l’heure actuelle, la comparaison a montré l’efficacité de l’utilisation de la spectroscopie plutôt que d’entraîner une nouvelle physique monumentale. Mais de nouveaux outils comme ceux-ci seront importants dans l’étude de l’antimatière à l’avenir.

«En étudiant les propriétés des antiatomes, nous espérons en savoir plus sur l’Univers dans lequel nous vivons», explique Hayden .

« Nous pouvons fabriquer de l’antimatière dans le laboratoire, mais cela ne semble pas exister naturellement que dans des quantités minutieuses. Pourquoi est-ce? Nous ne le savons tout simplement pas. Mais peut-être que l’antihydrogène peut nous donner des indices ».

Cette recherche a été publiée dans Nature .