Où est passé l'antimatière ?

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En 1928, à 26 ans, Paul Dirac établit une équation dont certaines solutions prévoient l'existence d'une particule identique à l'électron mais de charge positive, un anti-électron. C'est la prédiction de l'existence de l'antimatière.  Cette équation lui vaut le prix Nobel en 1933. Plus généralement, chaque particule chargée doit avoir son double, semblable en tout point identique  à elle, mais de charge opposée. Les particules neutres sont leur propre anti-particule.

En 1932, en étudiant les rayons cosmiques, Carl Anderson détecte les antiparticules de l'électron, les positrons. Il reçoit à son tour le prix Nobel en 1936. 

Les antiprotons et antineutrons, formés d'antiquarks, ont été découverts en 1955 et 1956 avec un prix Nobel à la clé pour les auteurs de la découverte.

Il y a 13,7 milliards d'années, juste après le Big Bang, l'univers devait compter autant de particules de matière que de particules d'antimatière. Celles–ci auraient dû s'annihiler totalement pour se transformer en énergie. Or il subsista un infime excédent matière (de l'ordre d'un milliardième), qui engendrera plus tard les atomes, les galaxies, les étoiles et les planètes.

Première hypothèse

La symétrie initiale entre la matière et l'antimatière s'est brisée peu de temps après le big bang. Contrairement à d'autres brisures de symétrie, celle-ci n'a pas été prouvée. On tente aujourd'hui de produire en laboratoire des antiatomes et de déceler des différences avec leur homologue. Il est très difficile de produire de l'antimatière, celle-ci s'annihilant en contact avec la matière environnante. En 2010, après quinze ans d'efforts, l'équipe Alpha du Cern arrive à produire et à piéger magnétiquement 38 atomes d'antihydrogène durant une fraction de seconde. En 2011, le temps de piégeage a été porté à un millier de secondes.

Deuxième hypothèse

L'univers aurait conservé sa symétrie et l'antimatière n'aurait en réalité jamais été annihilée. Elle serait cloisonnée dans un domaine très lointain de l'Univers. Dans cette hypothèse, on devrait détecter des traces de rayons gammas très énergétiques issus de la désintégration matière-antimatière ayant lieu à la frontière des deux espaces. On peut aussi détecter l'existence d'atomes d'anticarbone issus de la mort d'antiétoiles. C'est l'objet de l'expérience AMS de la Nasa mise en œuvre en 2011 et qui consiste à placer un détecteur d'antiatomes sur un des bras de la station spatiale internationale. 

On ignore le comportement de l'antimatière dans un champ de gravité. L'antimatière tombe-t-elle vers le bas ou vers le haut ? Deux expériences ont été proposées au Cern. On attend les premiers résultats à partir de 2015.

Sources: revue Science et Astronomie - décembre 2012