Foire aux questions - Les réponses
L'antimatière
Pourriez-vous me donner
quelques informations sur l'actualité de
l'antimatière ?
L’expérience AMS02 devrait permettre de rechercher l'antimatière
primordiale avec une sensibilité de 10-9 dans le rapport antihélium
sur hélium. Cela signifie qu’il sera possible d'identifier
un antihélium au milieu d'un milliard d'héliums. C'est
mille fois mieux que les expériences existantes. Pourquoi chercher
des noyaux d'antihélium ou d'anticarbone ? Parce qu'ils ne peuvent être
produits que dans des étoiles d'antimatière et qu'ils
signeraient ainsi la présence d'antiétoiles ou d'antigalaxies
situées, bien sûr, à très grande distance
(plusieurs centaines de millions d'années-lumière) de
la terre. Des particules d'antimatière simples comme l'antiproton,
qui peuvent être produites lors des collisions des particules énergiques
sur la matière interstellaire, ne signent pas la présence
d'antiétoile.
vialle@lapp.in2p3.fr, 5 juin 2002
Quels sont les moyens
dont on dispose actuellement pour déceler
l’antimatière dans l'espace ? En détecte-t-on,
même en infime quantité - notamment autour des supernovae
?
On trouve de l'antimatière dans l'espace, et même abondamment
: des positons, des antiprotons. Ces antiparticules sont créées
lors de l'interaction des rayons cosmiques de haute énergie
avec la matière interstellaire ou intergalactique.
Mais ce que l'on voudrait savoir, c'est s’il existe des étoiles
d'antimatière, c'est-à-dire de l'antimatière primordiale
créée peu après le big-bang lorsque les noyaux
puis les étoiles se sont formés. Pour cela on recherche
des noyaux d'antihélium ou d'anticarbone, car ceux-ci ne peuvent
pas être créés lors de collisions : ils ne peuvent
provenir que du big-bang, ou d'antiétoiles où ils seraient
créés par le biais de mécanismes de fusion puis éjectés
dans l'espace lors de la mort de l'antiétoile (supernovae).
L'observation de tels antinoyaux signerait donc la présence
d'antigalaxies.
Beaucoup d'expériences se sont penchées sur ce problème.
Mais elles utilisent toutes un ballon stratosphérique, ce qui
présente deux inconvénients : les interactions dans l'atmosphère
peuvent détruire un éventuel signal et la durée
d'observation de ces expériences est courte (quelques semaines).
Pour avoir une beaucoup plus grande sensibilité, il faut donc
aller au-delà de l'atmosphère terrestre, y rester longtemps
et utiliser le plus grand détecteur possible. C'est ainsi qu'a été conçue
l'expérience AMS,
qui sera mille fois plus sensible que toutes les autres, au prix d'un
grand défi technologique : l’envoi
d’un très gros aimant supraconducteur dans l'espace !
Cet aimant est nécessaire car pour distinguer un noyau d'hélium
d'un noyau d'antihélium, il faut pouvoir mesurer la charge électrique
de l'objet (+ 2 pour le noyau d'hélium et - 2 pour son
antinoyau), ce qui ne peut se faire qu’en observant la courbure
de la trajectoire de la particule dans un champ magnétique.
vialle@lapp.in2p3.fr, 04 novembre 2002
Pourriez-vous me donner
des informations sur les derniers essais de création d'antimatière
?
On sait créer toutes les antiparticules en laboratoire. En effet,
quand on arrive à créer une nouvelle particule à partir
d'énergie que l'on transforme en matière, on fabrique
en fait des paires particules-antiparticules. Actuellement, pour ce
qui est spécifiquement de la "création", il
y a deux expériences au Cern (Athena et Atrap)
qui cherchent à fabriquer
des antihydrogènes, c'est-à-dire à mettre ensemble
un antiproton et un positon. Une troisième expérience,
Asacusa, étudie
les atomes dans lesquels un électron
a été remplacé par un antiproton : ces trois expériences étudient
l'antimatière. Il s’agit d’essayer de déterminer
s’il existe une différence entre matière et antimatière.
thibault@csnsm.in2p3.fr, 4 juin 2002
Pourriez-vous me renseigner
sur l’utilisation de l’antimatière
en médecine ?
Les positons (antiélectrons) par exemple sont utilisés
en imagerie médicale. On injecte une substance contenant des
noyaux radioactifs bêta+. Lorsque la décroissance
bêta+
se produit, le positon émis s'annihile immédiatement
avec un électron de la matière environnante en émettant
deux photons gamma qui partent dos à dos. En détectant
l'origine des gamma au point de croisement des lignes d'émission,
et ce pour plusieurs désintégrations, il est possible
de localiser (en 3D) la position de la substance marquée. Une
substance comme le fluoro-désoxy-glucose a l'avantage d'avoir
tendance à se
fixer sur les tumeurs cancéreuses, ce qui permet la détection
et la localisation des tumeurs, ou encore à se concentrer dans
les parties du cerveau qui travaillent et donc consomment plus de glucose,
ce qui permet d’étudier le fonctionnement du cerveau.
thibault@csnsm.in2p3.fr
Si l'antiparticule est exactement le double de la particule avec
seulement une opposition de signe, qu'est-ce que l'antineutron par
rapport au neutron ?
En fait, il y a d'autres nombres quantiques que la charge. Par exemple
le nombre "baryonique" qui vaut + 1 pour le neutron et - 1
pour l’antineutron, + 1 pour le proton et - 1 pour
l'antiproton, mais 0 pour l'électron, le positon, le neutrino
et l'antineutrino. Ce nombre est conservé dans les réactions
nucléaires
et dans les décroissances radioactives. Le neutron va donc se
désintégrer en donnant un proton (charge +), un électron
(charge -) et un antineutrino, tandis que l'antineutron va se désintégrer
en un antiproton (charge -), un positon (charge +) et un neutrino.
Il est donc facile de reconnaître un antineutron d'un neutron
quand il se désintègre en identifiant l'antiproton ou
le positon.
thibault@csnsm.in2p3.fr, 27 mai 2002
Sur la durée de
vie des antiparticules : y en a-t-il de plus stables que d'autres
et pourquoi ?
La durée de vie d'une antiparticule est exactement égale à celle
de la particule correspondante : l'électron est stable, le positon
aussi. Le neutron a une demi-vie de 10 minutes, l'antineutron aussi,
etc.
thibault@csnsm.in2p3.fr, 27 mai 2002
Le positon est l'antiparticule
dont on parle le plus, pourquoi ? est-ce la plus simple à obtenir,
la plus efficace, la plus utile ?
Le positon est l'antiparticule la plus simple à obtenir car
sa masse est 2000 fois plus petite que celle de l'antiproton. Il n'y
a donc pas besoin d'accélérateurs puissants. Il peut
même être produit par radioactivité bêta+,
donc sans accélérateur du tout. Actuellement, c’est
l’antiparticule la plus utile, notamment en imagerie médicale.
Il faut dire qu’elle ne coûte rien. Pour détruire
sélectivement des tumeurs, l'antiproton serait plus intéressant,
mais il coûte beaucoup trop cher à produire.
thibault@csnsm.in2p3.fr, 27 mai 2002
L'antiparticule tourne-t-elle
autour d'elle-même dans le même
sens que sa particule correspondante ?
Dire que la particule tourne sur elle-même est une vue un peu
simplifiée du spin ou de l'hélicité. Mais de fait
on peut dire que la particule et l'antiparticule ne tournent pas dans
le même sens car transformer une particule en son antiparticule
implique l'opération de parité qui, pour l'essentiel,
est équivalente à l'image dans un miroir. D'ailleurs,
on dit que le neutrino est "gauche" alors que l'antineutrino
est "droit".
thibault@csnsm.in2p3.fr, 19 février 2003
L'antimatière
a-t-elle une influence sur la mécanique
céleste ?
On peut répondre de deux façons :
1) S’il existait un domaine d'antimatière dans l'Univers,
une forte émission de rayonnements produite par les annihilations
matière-antimatière à la frontière entre
ce domaine et la matière devrait être observée.
Or, aucune frontière de ce type n’a encore été détectée.
On pense donc que notre Univers est entièrement constitué de
matière. En outre, quand de l'antimatière est produite,
il s'agit de faibles quantités qui sont très rapidement
détruites par annihilation avec la matière environnante.
Dans ces conditions, l’antimatière ne peut pas influencer
la mécanique céleste.
2) Prenons le cas où, contrairement à ce que l’on
pense, l’antimatière serait présente en quantité importante.
Pourrait-elle alors modifier la mécanique céleste ? En
fait, la mécanique céleste est essentiellement régie
par la gravitation et, bien que ce ne soit pas absolument certain,
on considère, d’une manière générale,
que celle-ci est identique pour la matière et pour l'antimatière.
La présence d'antimatière ne devrait donc pas avoir d'effet
sur la mécanique céleste.
thibault@csnsm.in2p3.fr, 30 janvier 2004