Des physiciens du projet ASACUSA (Atomic Spectroscopy and Collisions Using Slow Antiprotons) du CERN affirment avoir produit au moins 80 atomes d’antihydrogène.
L’électron et le proton de l’hydrogène ont des contreparties antimatière de charge opposée dans l’antihydrogène : le positron et l’antiproton. Crédit image : NSF.
Les théories actuelles prédisent que l’Univers pourrait tout aussi bien être constitué d’antimatière que de matière et n’expliquent pas pourquoi notre Univers est constitué exclusivement de cette dernière. Si les scientifiques découvrent de petites différences dans les propriétés de la matière et de l’antimatière, ils contredisent le paradigme actuel et pourraient aider à résoudre l’énigme.
Néanmoins, il est possible de produire des quantités significatives d’antihydrogène (un positron lié à un antiproton) dans des expériences en mélangeant des positrons et des antiprotons de faible énergie.
Les spectres de l’hydrogène et de l’antihydrogène sont censés être identiques, de sorte que toute différence minuscule entre eux ouvrirait immédiatement une fenêtre sur une nouvelle physique, et pourrait aider à résoudre le mystère de l’antimatière.
Avec son proton unique accompagné d’un seul électron, l’hydrogène est l’atome le plus simple qui existe, et l’un des systèmes les plus précisément étudiés et les mieux compris de la physique moderne. Les comparaisons d’atomes d’hydrogène et d’antihydrogène constituent donc l’un des meilleurs moyens d’effectuer des tests très précis de la symétrie matière/antimatière.
La matière et l’antimatière s’annihilent immédiatement lorsqu’elles se rencontrent. Ainsi, outre la création de l’antihydrogène, l’un des principaux défis des physiciens est de maintenir les antiatomes à l’écart de la matière ordinaire.
Vue schématique de l’appareil expérimental d’ASACUSA. Les antiprotons délivrés par le décélérateur d’antiprotons via le décélérateur quadripolaire à radiofréquence (RFQD) sont piégés, refroidis par des électrons et comprimés radialement dans une source de faisceau d’antiprotons ultra-rapide, appelée MUSASHI. Les positrons modérés provenant d’une source de 22Na sont préparés et refroidis dans l’accumulateur de positrons, puis transportés vers le piège à cuspides. Le piège à cuspides est constitué de plusieurs électrodes en anneau et de bobines anti-Helmholtz supraconductrices. Après l’accumulation des positrons près de la région de champ magnétique maximal, des antiprotons sont injectés par le MUSASHI et mélangés aux positrons pour synthétiser des atomes d’antihydrogène. Les atomes d’antihydrogène dans les états de recherche de champ faible sont focalisés en aval du piège à cuspide en raison du fort gradient de champ magnétique, tandis que les états de recherche de champ élevé sont défocalisés. Ainsi, un faisceau d’antihydrogène polarisé est produit. Crédit image : Kuroda N et al.
Pour ce faire, les expériences tirent parti des propriétés magnétiques de l’antihydrogène et utilisent des champs magnétiques non uniformes très puissants pour piéger les antiatomes suffisamment longtemps pour les étudier.
Cependant, les forts gradients de champ magnétique dégradent les propriétés spectroscopiques des antiatomes.
Pour permettre une spectroscopie propre à haute résolution, les physiciens ont développé un dispositif innovant pour transférer les atomes d’antihydrogène dans une région où ils peuvent être étudiés en vol, loin du fort champ magnétique.
“Les atomes d’antihydrogène n’ayant aucune charge, c’était un grand défi de les transporter depuis leur piège. Nos résultats sont très prometteurs pour les études de haute précision des atomes d’antihydrogène, en particulier la structure hyperfine, l’une des deux propriétés spectroscopiques les mieux connues de l’hydrogène. Sa mesure dans l’antihydrogène permettra le test le plus sensible de la symétrie matière/antimatière”, a déclaré le Dr Yasunori Yamazaki du RIKEN au Japon, auteur principal d’un article publié dans la revue Nature Communications.
“Nous sommes impatients de redémarrer cet été avec une version encore plus améliorée.mise en place”.
