Mais les scientifiques progressent considérablement vers une meilleure compréhension de l'antimatière. Des chercheurs ont annoncé mercredi 27 septembre avoir démontré pour la première fois que l'antimatière réagit à la gravité de la même manière que la matière : en tombant. Le succès de l'expérience renforce une fois de plus la théorie de la relativité générale développée par le physicien de génie Albert Einstein.
Simulation d'atomes d'antihydrogène tombant dans l'instrument ALPHA-g du Centre européen de recherche nucléaire (CERN) à Genève, en Suisse. Photo : Fondation nationale américaine pour la science.
Comme nous le savons, tout ce que nous voyons, des planètes et des étoiles aux caniches et aux sucettes, est constitué de matière ordinaire. L'antimatière, quant à elle, est la mystérieuse sœur jumelle de la matière ordinaire : elle possède la même masse mais une charge électrique opposée.
Presque toutes les particules subatomiques, comme les électrons et les protons, ont des équivalents dans l'antimatière. Alors que les électrons ont une charge négative, les antiélectrons, aussi appelés positons, ont une charge positive. De même, alors que les protons ont une charge positive, les antiprotons ont une charge négative.
Selon cette théorie, le Big Bang, à l'origine de l'univers, aurait dû créer des quantités égales de matière et d'antimatière. Or, il semble qu'il y ait très peu d'antimatière, et presque aucune sur Terre. De plus, matière et antimatière sont incompatibles. Si elles entrent en contact, elles explosent.
L'expérience a été menée au Centre européen de recherche nucléaire (CERN), en Suisse, par des chercheurs de la collaboration ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Facility). Elle impliquait l'équivalent antimatière de l'hydrogène, l'élément le plus léger.
« Sur Terre, la majeure partie de l’antimatière naturelle est créée lorsque les rayons cosmiques – des particules énergétiques venues de l’espace – entrent en collision avec des atomes dans l’air et créent des paires matière-antimatière », a déclaré le physicien Jonathan Wurtele de l’Université de Californie, co-auteur de l’étude publiée dans la revue Nature.
Cette antimatière nouvellement créée n'existe que jusqu'à ce qu'elle rencontre un atome de matière normale dans la basse atmosphère. Cependant, l'antimatière peut être synthétisée dans des conditions contrôlées, comme dans l'expérience ALPHA.
L'antihydrogène était contenu dans une chambre à vide cylindrique et maintenu en place par un champ magnétique. Les chercheurs ont diminué le champ magnétique pour libérer l'antimatière et voir si elle s'écarterait de la gravité. Dans les mêmes conditions, elle s'est comportée exactement comme l'hydrogène.
« Ce résultat a été prédit par la théorie et des expériences indirectes… Mais aucun groupe n’a jamais réalisé d’expérience directe où l’antimatière est lâchée pour voir dans quelle direction elle tombe », a déclaré Joel Fajans, physicien de l’UC Berkeley et co-auteur de l’étude.
Lorsqu'Einstein a élaboré sa théorie de la relativité générale – une explication complète de la gravité –, il considérait toute matière comme équivalente, ce qui signifie que l'antimatière réagirait de la même manière que la matière. L'antimatière n'a été officiellement découverte qu'en 1932.
« Je pense que cela témoigne de la puissance de la relativité générale et de ses principes d’équivalence », a déclaré le physicien et co-auteur de l’étude William Bertsche de l’Université de Manchester au Royaume-Uni, qui a mené les expériences au CERN.
En démontrant que l’antimatière et la matière sont attirées par la gravité, l’expérience a écarté une explication possible de la rareté antérieure de l’antimatière : celle-ci aurait été repoussée de l’autre côté du Big Bang.
Finalement, le physicien Fajans a fait cette remarque : « Quelle que soit la qualité de la théorie, la physique reste une science expérimentale. »
Hoang Hai (selon le CERN, l'UNSF et Reuters)
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