L’antimatière est l’étoffe de la science-fiction. Dans le livre et le film Anges et Démons, le professeur Langdon tente de sauver la Cité du Vatican d’une bombe à antimatière. Star Trek starship Enterprise utilise la propulsion d’annihilation de la matière et de l’antimatière pour un voyage plus rapide que la lumière.
Mais l’antimatière est aussi l’objet de la réalité. Les particules d’antimatière sont presque identiques à leurs homologues de la matière, sauf qu’elles portent la charge et le spin opposés. Lorsque l’antimatière rencontre la matière, elle s’annihile immédiatement en énergie.,
Bien que les bombes à antimatière et les vaisseaux spatiaux alimentés par l’antimatière soient farfelus, il existe encore de nombreux faits sur l’antimatière qui chatouilleront vos cellules cérébrales.
1. L’antimatière aurait dû annihiler toute la matière de l’univers après le big bang.
Selon la théorie, le big bang aurait dû créer de la matière et de l’antimatière en quantités égales. Lorsque la matière et l’antimatière se rencontrent, elles s’annihilent, ne laissant rien mais l’énergie derrière., Donc, en principe, aucun de nous ne devrait exister.
Mais ce que nous faisons. Et pour autant que les physiciens puissent le dire, c’est seulement parce qu’au final, il y avait une particule de matière supplémentaire pour chaque milliard de paires matière-antimatière. Les physiciens sont durs au travail, en essayant d’expliquer cette asymétrie.
2. L’antimatière est plus proche de vous que vous ne le pensez.
De petites quantités d’antimatière pleuvent constamment sur la Terre sous forme de rayons cosmiques, des particules énergétiques de l’espace., Ces particules d’antimatière atteignent notre atmosphère à une vitesse allant de moins d’une par mètre carré à plus de 100 par mètre carré. Les scientifiques ont également vu des preuves de production d’antimatière au-dessus des orages.
Mais d’autres sources d’antimatière sont encore plus proches de chez nous. Par exemple, les bananes produisent de l’antimatière, libérant un positron—l’équivalent d’un électron en antimatière—toutes les 75 minutes environ. Cela se produit parce que les bananes contiennent une petite quantité de potassium-40, un isotope naturel du potassium. Comme le potassium-40 se désintègre, il crache parfois un positron dans le processus.,
Notre corps contient également du potassium-40, ce qui signifie que des positrons sont également émis par vous. L’antimatière s’annihile immédiatement au contact de la matière, de sorte que ces particules d’antimatière ont une durée de vie très courte.
3. Les humains n’ont créé qu’une infime quantité d’antimatière.
Les annihilations antimatière-matière ont le potentiel de libérer une énorme quantité d’énergie. Un gramme d’antimatière pourrait provoquer une explosion de la taille d’une bombe nucléaire., Cependant, les humains n’ont produit qu’une infime quantité d’antimatière.
Tous les antiprotons créés à l’accélérateur de particules Tevatron de Fermilab ne totalisent que 15 nanogrammes. Ceux fabriqués au CERN représentent environ 1 nanogramme. À DESY en Allemagne, environ 2 nanogrammes de positrons ont été produits à ce jour.
Si toute l’antimatière jamais fabriquée par les humains était annihilée en même temps, l’énergie produite ne suffirait même pas à faire bouillir une tasse de thé.
Le problème réside dans l’efficacité et le coût de la production d’antimatière et de stockage., Fabriquer 1 gramme d’antimatière nécessiterait environ 25 millions de milliards de kilowattheures d’énergie et coûterait plus d’un million de milliards de dollars.
4. Il ya une telle chose comme un piège de l’antimatière.
Pour étudier l’antimatière, vous devez l’empêcher de s’annihiler avec la matière. Les scientifiques ont créé des moyens de le faire.
Les particules chargées d’antimatière telles que les positrons et les antiprotons peuvent être retenues dans des dispositifs appelés pièges de Penning., Ceux-ci sont comparables à de minuscules accélérateurs. À l’intérieur, les particules en spirale autour comme les champs magnétiques et électriques garder d’entrer en collision avec les parois du piège.
Mais les pièges de Penning ne fonctionneront pas sur les particules neutres telles que l’antihydrogène. Parce qu’elles n’ont aucune charge, ces particules ne peuvent pas être confinées par des champs électriques. Au lieu de cela, ils sont maintenus dans des pièges Ioffe, qui fonctionnent en créant une région de l’espace où le champ magnétique s’agrandit dans toutes les directions. La particule se coince dans la zone avec le champ magnétique le plus faible, un peu comme un marbre roulant au fond d’un bol.,
Le champ magnétique terrestre peut également agir comme une sorte de piège à antimatière. Des antiprotons ont été trouvés dans des zones autour de la Terre appelées ceintures de radiations de Van Allen.
5. L’antimatière pourrait tomber.
Les particules d’antimatière et de matière ont la même masse mais diffèrent par leurs propriétés telles que la charge électrique et le spin. Le modèle standard prédit que la gravité devrait avoir le même effet sur la matière et l’antimatière; cependant, cela reste à voir., Des expériences telles que AEGIS, ALPHA et GBAR travaillent dur pour essayer de le découvrir.
Observer l’effet de la gravité sur l’antimatière n’est pas aussi facile que de regarder une pomme tomber d’un arbre. Ces expériences doivent retenir l’antimatière dans un piège ou la ralentir en la refroidissant à des températures juste au-dessus du zéro absolu. Et parce que la gravité est la plus faible des forces fondamentales, les physiciens doivent utiliser des particules d’antimatière neutres dans ces expériences pour éviter les interférences par la force électrique la plus puissante.,
6. L’antimatière est étudiée dans les décélérateurs de particules.
Vous avez entendu parler des accélérateurs de particules, mais saviez-vous qu’il y avait aussi des décélérateurs de particules? Le CERN abrite une machine appelée Décélérateur d’antiprotons, un anneau de stockage capable de capturer et de ralentir les antiprotons pour étudier leurs propriétés et leur comportement.
Dans les accélérateurs de particules circulaires comme le Grand collisionneur de hadrons, les particules reçoivent un coup d’énergie chaque fois qu’elles terminent une rotation., Les décélérateurs fonctionnent en sens inverse; au lieu d’un regain d’énergie, les particules obtiennent un coup de pied en arrière pour ralentir leurs vitesses.
7. Les neutrinos pourraient être leurs propres antiparticules.
Une particule de matière et son partenaire d’antimatière portent des charges opposées, ce qui les rend faciles à distinguer. Les neutrinos, des particules presque sans masse qui interagissent rarement avec la matière, n’ont aucune charge., Les scientifiques pensent qu’il pourrait s’agir de particules Majorana, une classe hypothétique de particules qui sont leurs propres antiparticules.
Des projets tels que le démonstrateur Majorana et EXO-200 visent à déterminer si les neutrinos sont des particules Majorana en recherchant un comportement appelé double désintégration bêta sans neutrinol.
Certains noyaux radioactifs se désintègrent simultanément, libérant deux électrons et deux neutrinos. Si les neutrinos étaient leurs propres antiparticules, ils s’annihileraient les uns les autres à la suite de la double désintégration, et les scientifiques n’observeraient que des électrons.,
Trouver des neutrinos de Majorana pourrait aider à expliquer pourquoi l’asymétrie antimatière-matière existe. Les physiciens émettent l’hypothèse que les neutrinos de Majorana peuvent être lourds ou légers. Les légers existent aujourd’hui, et les lourds n’auraient existé qu’après le big bang. Ces lourds neutrinos de Majorana se seraient décomposés de manière asymétrique, conduisant à l’excès de matière minuscule qui a permis à notre univers d’exister.
8. L’antimatière est utilisée en médecine.,
La TEP (tomographie par émission de positrons) utilise des positrons pour produire des images haute résolution du corps. Les isotopes radioactifs émettant des positrons (comme ceux trouvés dans les bananes) sont attachés à des substances chimiques telles que le glucose qui sont utilisées naturellement par le corps. Ceux-ci sont injectés dans la circulation sanguine, où ils sont naturellement décomposés, libérant des positrons qui rencontrent les électrons dans le corps et s’annihilent. Les annihilations produisent des rayons gamma qui sont utilisés pour construire des images.,
Les scientifiques du projet ACE du CERN ont étudié l’antimatière comme un candidat potentiel pour le traitement du cancer. Les médecins ont déjà découvert qu’ils peuvent cibler les tumeurs avec des faisceaux de particules qui ne libéreront leur énergie qu’après avoir traversé en toute sécurité des tissus sains. L’utilisation d’antiprotons ajoute une bouffée d’énergie supplémentaire. La technique s’est avérée efficace dans les cellules de hamster, mais les chercheurs n’ont pas encore mené d’études sur des cellules humaines.
9., L’antimatière qui aurait dû nous empêcher d’exister pourrait encore se cacher dans l’espace.
Une façon pour les scientifiques de résoudre le problème d’asymétrie antimatière-matière est de rechercher l’antimatière laissée par le big bang.
Le spectromètre magnétique Alpha est un détecteur de particules qui se trouve au sommet de la Station spatiale internationale à la recherche de ces particules. AMS contient des champs magnétiques qui plient le chemin des particules cosmiques pour séparer la matière de l’antimatière. Ses détecteurs évaluent et identifient les particules lors de leur passage.,
Les collisions de rayons cosmiques produisent régulièrement des positrons et des antiprotons, mais la probabilité de créer un atome d’antihélium est extrêmement faible en raison de l’énorme quantité d’énergie dont il aurait besoin. Cela signifie que l’observation d’une seule antihelium noyau serait une preuve solide de l’existence d’une grande quantité d’antimatière quelque part ailleurs dans l’univers.
10. Les gens étudient en fait comment alimenter les vaisseaux spatiaux avec de l’antimatière.,
Juste une poignée d’antimatière peut produire une énorme quantité d’énergie, ce qui en fait un carburant populaire pour les véhicules futuristes de la science-fiction.
La propulsion des fusées antimatière est hypothétiquement possible; la principale limitation est la collecte de suffisamment d’antimatière pour y arriver.
Il n’y a actuellement aucune technologie disponible pour produire en masse ou collecter de l’antimatière dans le volume nécessaire à cette application. Cependant, un petit nombre de chercheurs ont mené des études de simulation sur la propulsion et le stockage., Ceux-ci incluent Ronan Keane et Wei-Ming Zhang, qui ont fait leur travail à la Western Reserve Academy et à la Kent State University, respectivement, et Marc Weber et ses collègues de la Washington State University. Un jour, si nous pouvons trouver un moyen de créer ou de collecter de grandes quantités d’antimatière, leurs études pourraient aider à l’antimatière propulsé voyage interstellaire devenir une réalité.