Les boffins du CERN zappent l’antimatière avec des lasers ultraviolets dans l’espoir de révéler la symétrie secrète de l’univers

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  • Une équipe de chercheurs européens a réussi à ralentir l’antimatière dans une étude qui pourrait conduire à des mesures plus précises de cette substance étrangement insaisissable et aider à confirmer la symétrie fondamentale de la nature.

    L’antimatière a certaines propriétés – comme la charge électrique – qui sont inversées par rapport à celles de la matière normale. Dans cet anti-univers, l’anti-électron (aka positron) a une charge électrique +1, et l’antiproton a une charge électrique -1. Cependant, les anti-particules ont la même masse que leurs homologues de matière.

    L’antimatière est également difficile à travailler. Si une anti-particule entre en contact avec son homologue, «elles s’annihilent, laissant derrière elles de l’énergie pure».

    En plus de fournir des dispositifs d’intrigue sans fin aux écrivains de science-fiction – et d’alimenter le Starship Enterprise -, l’antimatière promet d’aider les scientifiques à examiner certaines questions sur la nature fondamentale de l’univers s’ils ne pouvaient que ralentir les choses.

    Une équipe de recherche dirigée par Jeffrey Hangst, professeur de physique à l’Université d’Aarhus au Danemark, a démontré qu’elle pouvait faire exactement cela dans une étude publiée dans La nature La semaine dernière.

    À l’aide d’un faisceau laser ultraviolet, l’équipe a zappé l’anti-hydrogène – l’équivalent antimatière de l’hydrogène (l’atome le plus simple) constitué d’un positron en orbite autour d’un antiproton – à une fréquence précise conçue pour permettre aux atomes anti-H d’absorber l’énergie électromagnétique.

    Tenant compte de l’effet Doppler du point de vue des particules en mouvement, ce signal accordé correspondait exactement à l’énergie photonique nécessaire pour être absorbée par les atomes pour les faire passer de leur état fondamental à un état excité.

    “Les atomes sont ensuite retournés spontanément à l’état fondamental en émettant un autre photon dans une direction aléatoire”, explique Masaki Hori, chef d’un groupe de recherche en spectroscopie de l’antimatière à l’Institut Max Planck, dans un article d’accompagnement.

    Cette photo-émission a ralenti l’anti-atome d’un ordre de grandeur, de 300 km / h à moins de 50 km / h. “Cette réduction de vitesse correspond à un refroidissement des atomes”, a déclaré Hori.

    Le refroidissement laser est une caractéristique standard de la recherche en physique atomique depuis plus d’une décennie et est utilisé dans les gaz dégénérés quantiques, les informations quantiques, les horloges atomiques et les tests de physique fondamentale, ont déclaré les auteurs de l’article. Cependant, c’est la première fois qu’il est appliqué avec succès à l’antimatière.

    Cela pourrait être une voie de recherche importante car une étude approfondie des propriétés de l’antimatière dans des expériences serait un bon moyen de tester certaines hypothèses de base sur l’univers. Par exemple, la soi-disant symétrie de charge, de parité et d’inversion du temps (CPT) dit que «si toute la matière de l’Univers était simultanément remplacée par de l’antimatière et transformée en son image miroir, et le flux de temps inversé, alors l’univers hypothétique qui en résulterait serait indiscernable du nôtre au niveau microscopique », a expliqué Hori.

    Ces idées ont été développées par Julian Schwinger, Wolfgang Pauli et d’autres dans les années 1950. Mais l’antimatière était toujours trop courte pour être testée à l’époque, disparaissant comme elle le fait dans une bouffée d’énergie mécanique quantique dès qu’elle interagit avec la matière.

    Dans les années 1990, les chercheurs ont réussi à embouteiller l’antimatière pendant de plus longues périodes dans des champs magnétiques, mais le problème de ces particules se déplaçant trop vite pour être observées en détail demeure.

    Hangst et le travail de l’équipe sur l’utilisation du laser ultraviolet pour ralentir l’antimatière est “une étape majeure vers cet objectif”, a ajouté Hori. ®

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