Matière est soumis à l’attraction gravitationnelle. La relativité générale d'Einstein avait prédit que l'antimatière tomberait également sur Terre de la même manière. Cependant, il n’existait jusqu’à présent aucune preuve expérimentale directe pour le démontrer. L'expérience ALPHA au CERN est la première expérience directe à avoir observé l'effet de la gravité sur le mouvement de l'antimatière. Les résultats ont exclu toute « antigravité » répulsive et ont conclu que la gravité influences matière et l'antimatière de la même manière. Il a été observé que les atomes d'antihydrogène (un positron en orbite un antiproton) sont tombés sur Terre de la même manière que des atomes d'hydrogène.
L'antimatière est composée d'antiparticules (les positons, les antiprotons et les antineutrons sont des antiparticules d'électrons, de protons et de neutrons). Matière et l'antimatière s'annihilent complètement lorsqu'elles entrent en contact, laissant derrière elles de l'énergie.
Matière et l'antimatière ont été créées en quantités égales au début univers par Big Bang. Cependant, on ne trouve pas d'antimatière actuellement dans la nature (asymétrie matière-antimatière). La matière domine. En conséquence, la compréhension des propriétés et du comportement de l’antimatière est incomplète. En ce qui concerne l'effet de la gravité sur le mouvement de l'antimatière, la théorie de la relativité générale avait prédit que l'antimatière devrait également être influencée de la même manière, mais il n'y avait aucune observation expérimentale directe pour le confirmer. Certains avaient même avancé que contrairement à la matière (qui est soumise à l’attraction gravitationnelle), antimatière pourrait être soumis à une « antigravité » répulsive, ce qui a été exclu par les résultats récemment publiés de l'expérience ALPHA du CERN.
La première étape consistait à fabriquer des anti-atomes en laboratoire et à les contrôler pour éviter qu'ils ne rencontrent de la matière et ne s'annihilent. Cela peut paraître facile, mais il a fallu plus de trois décennies pour y parvenir. Les chercheurs se sont concentrés sur les atomes d’antihydrogène comme système idéal pour étudier le comportement gravitationnel de l’antimatière, car les atomes d’antihydrogène sont des particules d’antimatière électriquement neutres et stables. L'équipe de recherche a pris des antiprotons chargés négativement produits en laboratoire et les a liés à des positons chargés positivement provenant d'une source de sodium-22 pour créer des atomes d'antihydrogène qui ont ensuite été confinés dans un piège magnétique pour empêcher leur annihilation avec les atomes de matière. Le piège magnétique a été désactivé pour permettre aux atomes d'antihydrogène de s'échapper de manière contrôlée dans un appareil vertical ALPHA-g et les positions verticales auxquelles les atomes d'antihydrogène s'annihilent avec la matière ont été mesurées. Les chercheurs ont piégé des groupes d’environ 100 atomes d’antihydrogène. Ils ont lentement libéré les antiatomes d'un groupe sur une période de 20 secondes en réduisant le courant dans les aimants supérieur et inférieur. Ils ont constaté que la proportion d’antiatomes existant par le haut et par le bas correspondait aux résultats des simulations pour les atomes. Il a également été constaté que l’accélération d’un atome d’antihydrogène était cohérente avec l’accélération bien connue due à la gravité entre la matière et la Terre, ce qui suggère que l'antimatière est soumise à la même attraction gravitationnelle que la matière et non à une « antigravité » répulsive.
Cette découverte constitue une étape importante dans l’étude du comportement gravitationnel de l’antimatière.
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Sources:
- CERN 2023. Actualité – L'expérience ALPHA au CERN observe l'influence de la gravité sur l'antimatière. Publié le 27 septembre 2023. Disponible sur https://www.home.cern/news/news/physics/alpha-experiment-cern-observes-influence-gravity-antimatter Consulté le 27 septembre 2023.
- Anderson, EK, Baker, CJ, Bertsche, W. et al. Observation de l'effet de la gravité sur le mouvement de l'antimatière. Nature 621, 716-722 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06527-1
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