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L'ANTI MATIERE

Est l'ensemble des antiparticules opposé aux  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'antimatière n'existe qu'en quantités infimes dans l'univers, soit dans les rayons cosmiques, soit produite en laboratoire. En fait, le nom « antimatière » est donné par anthropomorphisme : nous appelons « matière » les particules qui nous constituent et « antimatière » les particules opposées. Les travaux sur l'antimatière consistent en grande partie à expliquer pourquoi cette rareté alors que nécessairement, à l'époque du Big Bang, la matière et l'antimatière étaient présentes en quantités égales.

f12.jpgL'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.

f7.jpg 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.

Autre caractéristique, une particule et son antiparticule peuvent s'annihiler mutuellement lorsqu'elles rentrent en contact : elles sont alors intégralement converties en énergie radiative (deux photons), suivant le total des masses en interaction, E=mc2. Cette annihilation conduit donc à dire que la notion de masse est unitaire et, qu'en ce domaine, on ne peut pas différencier facilement la matière de l'antimatière.

L’explosion est à ce jour la plus puissante, sont rendement est de 100%

L'antimatière a été imaginée quand Paul Dirac a écrit l'équation portant son nom

L'antimatière n'existe qu'en quantités infimes dans l'univers local, soit dans les rayons cosmiques, soit produite en laboratoire. L'antimatière et la matière, quand elles entrent en contact, peuvent s'annihiler mutuellement. Elles sont alors transformées en énergie, suivant la célèbre équation E=mc2. En fait, il s'agit de la seule situation dans laquelle la masse est intégralement convertie en énergie. Par comparaison, une réaction nucléaire classique ne dégage qu'une très petite partie de l'énergie "de masse" contenue dans les combustibles nucléaires utilisés (~1 millième), cette dernière dégageant pourtant bien plus d'énergie encore qu'une combustion (~10 milliards de fois plus).

Cette réaction donne un sens imprévu au préfixe « anti », qui ne signifiait pas « destructeur ».

Ce phénomène est réversible : de l'énergie peut être transformée en couple matière/antimatière. Mais il faut une concentration d'énergie formidable pour y parvenir.

En aucun cas ce phénomène ne peut être utilisé comme source d'énergie, puisque la seule antimatière dont on dispose est fabriquée en laboratoire précisément par cette réaction. Les lois de conservation des phénomènes physiques interdisent clairement de « convertir » de la matière en antimatière pour ensuite les transformer en énergie. Même si l'expérience BaBar suggère le contraire. (Des expériences ont réussies à transformer des kaons et des mésons B en anti-matières).

L'antimatière pourrait en théorie être employée comme moyen de stockage d'énergie, mais pour l'instant l'énergie à employer pour créer de l'antimatière est égale à 108 fois l'énergie récupérée.

Cet aspect de l'antimatière a été particulièrement récupéré par la science-fiction, par exemple en soulignant que quelques grammes d'antimatière pourraient remplacer une arme nucléaire de forte puissance (~100 kT dans le roman Anges et démons), ou comme moyen de propulsion spatiale (dans Star Trek). Toutefois, si Star Trek se situe dans un futur lointain, Ange et démons peut laisser entendre qu'une telle arme pourrait être fabriquée aujourd'hui, ce qui est tout à fait irréaliste.

Une hypothèse avancée par les scientifiques est l’existence d’une asymétrie entre la matière et l’antimatière. Cette asymétrie serait à l’origine de l’absence d’antimatière dans l’Univers. En effet, supposons que la matière et l’antimatière soient parfaitement symétriques, étant en quantités égales après le Big-bang, toute la matière et l’antimatière se seraient annihilées. Or notre existence montre qu’il existe encore de la matière, il n’y a donc pas de symétrie complète. Cette asymétrie est révélée par une légère différence entre les interactions d’une particule de matière et d’une antiparticule. Cette dissymétrie est expliquée par la « brisure de symétrie CP » découverte en 1967 par Andreï Sakharov.

Andreï Sakharov a déterminé trois conditions suffisantes pour expliquer le passage d'un univers constitué à égalité de matière et d'antimatière à un univers constitué exclusivement de matière :

  • qu'il y ait des différences entre les lois régissant l'évolution de la matière et celles de l'antimatière.
  • qu'il existe un processus violant la conservation du nombre baryonique.
  • qu'il y ait rupture de l'équilibre thermique.

Seule la première condition serait remplie par la violation de la symétrie CP ... mais elle n'est pas encore suffisamment prouvée.

 « Victoire » de la matière par violation de CP

Les kaons neutres sont des particules qui se transforment spontanément en leurs propres antiparticules, et ceci dans les deux sens. Mais il existe une asymétrie dans cette transformation, y compris vis-à-vis de la symétrie CP : la transformation d'un kaon en antikaon est légèrement plus lente que l'inverse. Le nombre de kaons présents tend donc à être supérieur à celui d'antikaons à un instant donné.

Cette asymétrie peut expliquer que l'antimatière se soit retrouvée en infime minorité (~1 milliardième) face à la matière (1 particules anti-matérielles contre 1 000 000 000 particules matérielles). L'annihilation mutuelle a alors conduit à ne laisser que de la matière, en quantité infime par rapport à la quantité présente avant l'annihilation.

Une toute petite partie de l'Univers serait visible parce que les plus grands télescopes possèdent une limite et que l'antimatière peut très bien se trouver au-delà de ce champ de vision.

De surcroît, plus on regarde loin, plus on voit dans le passé.

Or, l'Univers a environ 13,7 milliards d'années. Par conséquent il n'est possible de voir que les objets dont la lumière aura voyagé pendant moins de 13,7 milliards d'années (ce qui situe la limite de l'univers observable à une distance spatiale, non pas de 13,7 milliards d'années-lumière, mais de 43 milliards d'années-lumière, à cause de l'expansion de l'univers).

L'antimatière peut se trouver au-delà de cet « horizon » visible.

Par ailleurs, on observe actuellement aux frontières de l'univers observable des éléments de la taille d'une galaxie, mais illuminant l'espace avec l'intensité de milliards de galaxies.

Selon certaines hypothèses, ces objets célestes pourraient être des régions où matière et antimatière se rencontreraient et se concentreraient, sous l'attraction gravitationnelle, en une sorte de galaxie mixte où les rencontres entre matière et antimatière seraient très nombreuses, d'où leur forte luminosité. Cependant, comme annoncé plus haut, le photon étant sa propre antiparticule, rien ne permet de distinguer facilement une lointaine galaxie (ou un amas) d'antimatière d'une galaxie (ou d'un amas) de matière. Enfin, on peut faire remarquer que, pour faire coexister dans un seul univers, matière et antimatière, il suffit d'admettre que cet Univers est fortement structuré et que, pour une raison encore inconnue, il n'y a pas "mélange immédiat" de ces deux parties.

Un anti-univers

Une hypothèse propose que l'antimatière ait été projetée, lors de la création de l'Univers, dans un univers « parallèle », composé alors uniquement d'antimatière (ou du moins, où la matière serait aussi rare que l'antimatière dans le nôtre). Cet univers parallèle serait alors appelé « anti-univers ». L'hypothèse est assez minoritaire.

Elle ne doit pas être confondue avec l'hypothèse de Sakharov, pour qui il existe un univers constitué d'antimatière avant l'instant zéro, et de matière après.

La science-fiction a largement traité le thème de l'univers inversé, surtout en échangeant les rôles des héros et des méchants. Elle s'est pour cela emparé du thème de l'anti-univers. Ainsi dans l'histoire décrite par DC Comics, il existe un univers d'antimatière dans lequel Lex Luthor défend le monde contre des criminels comme Ultraman, l'« anti-Superman ».

Voir aussi le dossier sur le big bang

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