Dans un article publié dans l’édition du 3 août 2017 de la revue. Nature, des physiciens de la collaboration ALPHA, un projet multinational basé au CERN, rapportent la première observation détaillée des lignes spectrales d’un atome d’antihydrogène, le pendant antimatière de l’atome le plus simple, l’hydrogène.
Impression d’artiste d’un nuage d’atomes d’antihydrogène piégés. Crédit photo : Chukman So.
La matière et l’antimatière sont censées être des images miroir l’une de l’autre, et donc les lignes spectrales des atomes d’antimatière devraient être exactement les mêmes que celles de leurs homologues normaux. On ignore si cela est vrai ou non.
Jusqu’à présent, les physiciens n’ont eu que des aperçus des lignes spectrales de l’antimatière, et les comparaisons avec les lignes spectrales de la matière normale ont été grossières.
“L’existence de l’antimatière est bien établie en physique, et elle est enfouie au cœur de certaines des théories les plus réussies jamais élaborées”, a déclaré le professeur Mike Charlton, de l’université de Swansea, co-auteur de la recherche.
“Mais il nous reste à répondre à une question centrale : pourquoi la matière et l’antimatière, dont on pense qu’elles ont été créées en quantités égales lorsque le Big Bang a donné naissance à l’Univers, ne se sont-elles pas mutuellement anéanties ?”
“Nous devons également nous demander pourquoi il reste de la matière dans l’Univers. Cette énigme est l’une des principales questions ouvertes de la science fondamentale, et l’une des façons de chercher la réponse est de mettre la puissance de la physique atomique de précision au service de l’antimatière.”
La collaboration ALPHA a fabriqué de l’antihydrogène en remplaçant le noyau de proton de l’atome ordinaire par un antiproton, tandis que l’électron a été remplacé par un positron.
“L’un des défis auxquels nous sommes confrontés est que la matière et l’antimatière s’annihilent lorsqu’elles entrent en contact l’une avec l’autre”, a déclaré la co-auteure Justine Munich, doctorante à l’Université Simon Fraser.
“Nous devons les séparer. Nous ne pouvons pas simplement placer nos anti-atomes dans un récipient ordinaire. Ils doivent être piégés ou maintenus à l’intérieur d’une bouteille magnétique spéciale.”
En 2016, les physiciens ont utilisé la lumière UV pour détecter la transition dite 1S-2S entre les niveaux d’énergie des positrons.
Maintenant, ils ont utilisé des micro-ondes pour inverser le spin du positron. Ils ont ainsi obtenu non seulement la première détermination précise du dédoublement hyperfin de l’antihydrogène, mais aussi la première forme de ligne de transition de l’antimatière, un tracé de la probabilité de retournement du spin en fonction de la fréquence des micro-ondes.
“Les données révèlent des signatures claires et distinctes de deux transitions autorisées, à partir desquelles nous obtenons une mesure directe, indépendante du champ magnétique, de la division hyperfine”, ont déclaré les chercheurs.
“À partir d’un ensemble d’essais impliquant 194 atomes détectés, nous déterminons un fractionnement de 1 420,4 ± 0,5 MHz, conforme aux attentes pour l’hydrogène atomique au niveau de quatre parties sur 10 000.”
“En étudiant les propriétés des anti-atomes, nous espérons en apprendre davantage sur l’Univers dans lequel nous vivons”, a déclaré le coauteur principal, le professeur Michael Hayden, également de l’Université Simon Fraser.
“Nous pouvons fabriquer de l’antimatière en laboratoire, mais elle ne semble pas exister naturellement, sauf en quantités minuscules.”
“Pourquoi en est-il ainsi ? Nous ne le savons tout simplement pas. Mais peut-être que l’antihydrogène peut nous donner quelques indices.”
