Antimatière. Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre. L'antimatière est l'ensemble des antiparticules des particules composant la matière classique — celle dont est faite la Terre. Le préfixe « anti- » signifie que l'antimatière est « l'opposée » de la matière. L'opposition se fait au niveau des charges (dont la charge électrique) : les particules composant l'antimatière ont des charges opposées à celles des particules jouant le même rôle dans la matière. Par exemple, la matière comprend les protons, positifs, et les électrons, négatifs. L'antimatière comprend donc les antiprotons, négatifs, et les antiélectrons (ou positrons), positifs.
Ce qui n'empêche pas l'existence de particules d'antimatières de charge nulle (par exemple les antineutrons). Il existe pour chaque particule une antiparticule correspondante. Pour une particule élémentaire de charge nulle, il est possible d'être sa propre antiparticule : c'est le cas du photon, du graviton s'il existe, et le cas du neutrino n'est pas tranché. 1 : Antimatière vous avez dit Antimatière ? RichardTaillet Enseignant Chercheur Physique Le mot "antimatière" est entouré d'une certaine aura de mystère, et suscite bon nombre de questions aux curieux des sciences.
Nous allons d'abord définir ce qu'est l'antimatière, présenter quelques-unes de ses propriétés importantes, puis nous intéresser aux processus qui lui donnent naissance. Nous insisterons sur le fait que l'existence de l'antimatière n'est plus à prouver, on en détecte, on en fabrique, on en stocke, on en utilise même, par exemple en imagerie médicale. Ensuite, nous présenterons les différentes observations par lesquelles on détecte de l'antimatière dans notre galaxie, en indiquant les processus qui sont responsables de sa création. Puis nous verrons que l'antimatière joue un rôle important dans les discussions portant sur la cosmologie. Le ciel en rayons gamma (vu par EGRET). 2 : Qu'est-ce que l'antimatière ? RichardTaillet Enseignant Chercheur Physique La structure de la matière La matière qui nous entoure est constituée d'atomes et de molécules, eux-mêmes constitués d'électrons et de noyaux atomiques.
Ces noyaux atomiques sont eux-mêmes constitués de protons et de neutrons (on les appelle des nucléons). Ces particules peuvent interagir entre elles. Au niveau théorique, les interactions ont d'abord été décrites par l'électromagnétisme classique, puis par des théories plus élaborées qui incorporent des éléments de physique quantique et de relativité restreinte. L'antimatière : rien de mystérieux - Une invention théorique : En 1928, Paul Dirac montre que certains de ces problèmes sont résolus si on décrit l'électron comme une particule plus complexe qu'il n'y paraît, en lui associant une autre particule, semblable en tout point à l'électron mais avec une charge électrique opposée.
Traces laissées par le passage de particules dans undétecteur. Un PETscann médical. 3 : Création d'antimatière. RichardTaillet Enseignant Chercheur Physique Comment de l'antimatière peut-elle être produite ? Il y a principalement deux phénomènes physiques qui conduisent à la production d'antimatière : A - La radioactivité ß+ La radioactivité désigne l'ensemble des processus par lesquels un noyau atomique peut se transformer en un autre, en émettant des particules. Il y a plusieurs types de radioactivité, qu'on classe selon le type de particule émise : - radioactivité alpha : émission de deux neutrons et deux protons sous forme d'un noyau d'Hélium. - radioactivité gamma : émission d'un photon de haute énergie. - radioactivité ß- : émission d'un électron (et d'un antineutrino).
De l'antimatière (des positrons) est donc créée à chaque fois que les noyaux sensibles à la radioactivité ß+ se désintègrent. B - Les collisions de haute énergie Création d'une paire électron-positron par conversion de l'énergie d'un photon incident. 4: Où peut-on trouver de l'antimatière sur Terre ? RichardTaillet Enseignant Chercheur Physique Ce qui nous entoure sur Terre est fait presque exclusivement de matière.
Dit autrement, la quantité d'antimatière qu'on y trouve est extrêmement faible. On le sait car la coexistence des deux conduirait à des annihilations violentes que l'on détecterait. Vous avez noté le "presque", et en effet, nous avons vu plus haut que les positrons avaient été découverts dans l'atmosphère, ce qui signifie qu'au moins une petite quantité d'antimatière existe à l'état naturel autour de nous. On peut citer deux sources d'antimatière au niveau de la Terre : la radioactivité naturelle et les rayons cosmiques. Les rayons cosmiques Les rayons cosmiques peuvent créer des particules (dont de l'antimatière) quand ils arrivent dans l'atmosphère.
La radioactivité naturelle Nous avons vu précédemment que certains isotopes radioactifs peuvent émettre des positrons, par radioactivité ß+. La roche terrestre en contient de façon naturelle extrêmement peu. 5: L'antimatière dans notre Galaxie (1) RichardTaillet Enseignant Chercheur Physique Les processus qui conduisent à la présence d'antimatière sur Terre sont aussi à l'œuvre dans la Galaxie, et on en détecte effectivement dans l'espace. Comment détecte-t-on l'antimatière ? A - Détecter l'antimatière Plusieurs méthodes sont utilisées : - Détection directe des antiparticules : on les laisse passer dans un dispositif qui enregistre leur trace et en déduit leur masse et leur charge. Plusieurs satellites et missions en ballon ont mesuré de cette façon le flux d'antiprotons qui arrive de l'espace au niveau du haut de l'atmosphère terrestre.
De plus, le détecteur AMS (image ci-dessus) serait capable de détecter des anti-atomes plus lourds s'il en existe en quantité suffisante au voisinage de la Terre. - Détection indirecte via la raie d'annihilation positron-électron : on peut citer le dernier en date, l'instrument SPI embarqué sur la mission satellite INTEGRAL (image ci-dessous) dont c'est un des points forts. - Les rayons cosmiques. 6: L'antimatière dans notre Galaxie (2) RichardTaillet Enseignant Chercheur Physique A - Les positrons Notre galaxie contient des positrons, qu'on observe de manière directe comme les antiprotons, mais aussi de manière indirecte, par la radiation qu'ils émettent en s'annihilant avec les électrons. En effet, cette radiation a une énergie bien déterminée (511 keV), ce qui la rend très caractéristique.
On peut ainsi cartographier, dans le ciel, la quantité de positrons dans la galaxie. Les positrons ne peuvent pas voyager très loin de l'endroit où ils sont créés (d'une part car ils sont piégés par les champs magnétiques, et d'autre part car ils s'annihilent), et ce qu'on cartographie n'est pas très éloigné de la position des sources de positrons. Le satellite CGRO, avec à son bord les modules OSSE, EGRET, BATSE et COMPTEL.
Voici les cartes de l'intensité de cette radiation d'annihilation que l'on a observée. Carte de la distribution de radiation d'annihilation électron-positron dans la galaxie, prise par OSSE. 7: L'antimatière en cosmologie. RichardTaillet Enseignant Chercheur Physique Ce chapitre est un peu plus avancé que les précédents et s'adresse au lecteur désireux d'aller un peu plus loin... Nous avons dit plus haut que les réactions qui créent de l'antimatière créent en même temps de la matière. Comment comprendre alors que nous vivions dans un Univers apparemment constitué presque exclusivement de matière ? Pour apporter des éléments de réponse à cette question, il faut aller faire un tour du côté du Big-Bang. Petit détour donc... A - Le modèle du Big-Bang en deux mots Un grand nombre d'observations astronomiques indiquent que nous vivons dans un Univers en expansion.
C'est le modèle du Big-Bang. B- L'asymétrie matière-antimatière Un des problèmes soulevés par ce scénario est celui de l'asymétrie matière-antimatière. Andrei Sakharov (1921-1989) Des reactions conservant le nombre baryonique ne peuventpas créer plus de matière qued'antimatiere. Des réactions violant la conservation du nombre baryonique le peuvent. 8: Matière noire, antiprotons et positrons. RichardTaillet Enseignant Chercheur Physique Nous allons maintenant aborder quelques points beaucoup plus spéculatifs, qui concernent des aspects importants de la cosmologie moderne, et dans lesquels l'antimatière a aussi son rôle à jouer. A - La matière noire De nombreux indices semblent indiquer que l'Univers contient une grande quantité de matière qu'on ne détecte pas de façon directe. Représentation de la distribution de matière noire (en bleu) dans un amas de galaxies (les points) Si cette hypothèse est correcte, il est possible que ces particules soient stables quand elles sont isolées, mais puissent s'annihiler entre elles quand elles se rencontrent.
Effet de déformation de l'apparence des galaxies par l'effet de lentille gravitationnelle dû à la matière noire. B - Des antiprotons et positrons venant de la matière noire ? Par contre cette hypothèse pourrait expliquer l'excès de positrons observé par HEAT. C - Un signal de matière noire au centre de la Galaxie ? 9: Le moment de conclure. On commence à manipuler l'antimatière. L'antimatière fascine tant les scientifiques que les auteurs de SF ou de fantastique mystique. Des chercheurs du CERN en Suisse viennent d'annoncer que, pour la première fois, on a réussi à manipuler de l'antimatière : un atome d'antihydrogène, pour être exact. "L'antimatière au cinéma (Anges et démons d'après le livre de Dan Brown)" La manoeuvre est forcément délicate, car l'antimatière que l'on arrive à former réagit de manière explosive avec la matière. Ces scientifiques ont donc réussi à « piéger » des antiatomes, un par un et les ont étudié à l'aide de la spectrographie à micro-ondes.
Ces ondes ont interagi avec cette antimatière. Cela ouvre de grandes perspectives, afin d'étudier plus finement et surtout expérimentalement les propriétés de l'antimatière, qui existent depuis longtemps sur le papier. "Ce Kawa vous est offert par le CERN" De plus, une bombe d'antimatière serait bien moins facile à créer et efficace qu'une bombe à hydrogène.