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