Selon une grande équipe internationale de physiciens, la force d’attraction entre les antiprotons est similaire à celle entre les protons.
Une nouvelle mesure effectuée par la collaboration STAR révèle que la force entre les antiprotons (p) est attractive et forte. Crédit image : Brookhaven National Laboratory.
L’équipe, appelée la collaboration STAR, a mesuré deux paramètres clés importants : la longueur de diffusion et la portée effective de l’interaction entre deux antiprotons. Les physiciens ont ainsi trouvé un nouveau moyen de comprendre la force qui maintient ensemble les noyaux dans l’antimatière et de la comparer à celle de la matière.
“Il s’agit d’une différence subtile dans la façon dont la matière et l’antimatière interagissent l’une avec l’autre”, explique le Dr Frank Geurts, membre de l’équipe et physicien à l’Université Rice de Houston, au Texas.
La longueur de diffusion est une mesure de la déviation des particules lorsqu’elles se déplacent de la source à la destination ; leurs trajectoires sont visibles sous forme de traces en 3D. La portée effective indique la proximité nécessaire des particules pour que leurs charges s’influencent mutuellement, comme des aimants.
Pour les antiprotons mesurés par l’équipe, la longueur de diffusion était d’environ 7,41 femtomètres, et la portée effective était de 2,14 femtomètres, ce qui est presque équivalent à leurs homologues protoniques.
Les physiciens ont une expérience antérieure de la détection et de l’étude de formes rares d’antimatière – y compris les particules anti-alpha, les plus grands noyaux d’antimatière jamais créés en laboratoire, chacun étant composé de deux antiprotons et de deux antineutrons.
Ces expériences ont permis aux scientifiques de comprendre comment les antiprotons interagissent au sein de ces objets composites plus grands.
“Mais dans ce cas, la force entre les antiprotons est une convolution des interactions avec toutes les autres particules. Nous voulions étudier l’interaction simple des antiprotons non liés pour obtenir une vision plus nette de cette force”, a déclaré le Dr Aihong Tang, membre de l’équipe et physicien au Brookhaven National Laboratory du ministère américain de l’énergie.
Pour ce faire, les scientifiques ont examiné les données – recueillies par l’expérience STAR au collisionneur d’ions lourds relativistes (RHIC) – des collisions or-or à la recherche de paires d’antiprotons suffisamment proches pour interagir lorsqu’ils émergent de la boule de feu de la collision initiale.
“Nous voyons beaucoup de protons, les éléments de base des atomes conventionnels, sortir, et nous voyons un nombre presque égal d’antiprotons”, a déclaré Zhengqiao Zhang, membre de l’équipe de l’Institut de physique appliquée de Shanghai, en Chine.
“Les antiprotons ressemblent aux protons habituels, mais comme il s’agit d’antimatière, ils ont une charge négative au lieu d’une charge positive, de sorte qu’ils se courbent dans le sens opposé dans le champ magnétique du détecteur”, a-t-il expliqué.
“En examinant ceux qui frappent près les uns des autres sur le détecteur, nous pouvons mesurer des corrélations dans certaines propriétés qui nous donnent un aperçu de la force entre les paires d’antiprotons, y compris sa force et la gamme sur laquelle elle agit.”
Les résultats ont été publiés cette semaine dans la revue Nature.
