Une expérience majeure du CERN prouve que l’antigravité n’existe pas, du moins en ce qui concerne l’antimatière

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Le 27 septembre, une équipe internationale de physiciens a fait état d’une découverte majeure concernant une forme insaisissable de matière connue sous le nom d’antimatière. Il semble que l’antimatière réagisse à la gravité de la même manière que la matière ordinaire, validant ainsi les théories proposées par Albert Einstein il y a plus d’un siècle.

Ce résultat marque la toute première observation directe d’antimatière en chute libre, dans laquelle les atomes sont constitués d’antiprotons au lieu de protons et d’antiélectrons (positrons) au lieu d’électrons. Les antiprotons sont essentiellement des protons chargés négativement (les protons sont positifs dans les atomes de matière normale) et les positrons sont des électrons chargés positivement (les électrons sont négatifs dans les atomes de matière normale).

La nouvelle recherche a finalement prouvé que l’antihydrogène atomique – composé d’un antiproton au centre avec un positon chargé positivement en orbite autour de lui – est attiré vers le bas en raison de la gravité au lieu d’être attiré vers le haut comme on pourrait s’y attendre avec une forme de matière qui se présente comme « l’opposé ».  » de matière normale.

De plus, près de trois décennies après la création de l’antihydrogène en laboratoire, le triomphe scientifique d’aujourd’hui est une nouvelle confirmation de la théorie de la relativité générale d’Einstein, qui prédit que toutes les masses, quelles que soient les différences dans leurs structures internes, réagissent de la même manière à la gravité. .

« Si vous parcourez les couloirs de ce département et demandez aux physiciens, ils diront tous que ce résultat n’est pas du tout surprenant. C’est la réalité », a déclaré Jonathan Wurtele, professeur de physique à l’Université de Californie à Berkeley, qui a été le premier à proposer l’expérience il y a plus de dix ans et co-auteur de la nouvelle étude, a déclaré dans un communiqué. « Mais la plupart d’entre eux diront aussi que l’expérience devait être faite parce qu’on ne peut jamais en être sûr. »

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Capturer le minuscule

Wurtele et son équipe ont créé, piégé et étudié des particules d’antihydrogène au Centre européen de recherche nucléaire (mieux connu sous son acronyme français, CERN). Les particules étaient piégées dans ce qui était essentiellement une bouteille magnétique, dont les deux extrémités contenaient des champs magnétiques contrôlables. Pour observer les effets de la gravité sur les particules d’antihydrogène, les chercheurs ont réduit l’intensité du champ magnétique à chaque extrémité pour laisser les particules s’échapper.

Lorsque chaque particule se dirigeait vers le haut ou le bas de la bouteille magnétique, elle zappait en un éclair. Les chercheurs ont ensuite compté ces éclairs et ont découvert qu’un nombre plus élevé d’éclairs se dirigeaient vers le fond de la bouteille que vers le haut. En fait, 80 % d’entre eux se sont comportés de cette manière, et ce résultat s’est avéré valable pendant une douzaine de répétitions de l’expérience. Selon la nouvelle étude, cela a démontré de manière concluante que la gravité fait tomber l’antihydrogène vers le bas.

« Cela nous donne un puissant bouton expérimental qui nous permet, fondamentalement, de croire que l’expérience a réellement fonctionné, car nous pouvons nous prouver que nous pouvons contrôler l’expérience de manière prévisible », a déclaré Joel Fajans, professeur de physique à l’UC Berkeley et co-analyste. -auteur de la nouvelle étude, a déclaré dans le communiqué.

L’équipe a également découvert que l’accélération gravitationnelle de l’antihydrogène était proche de celle de la matière normale, soit 9,8 mètres (32 pieds) par seconde carrée. Ce résultat devrait également s’appliquer à d’autres particules d’antimatière, affirment les chercheurs.

« Il serait doublement surprenant que ce ne soit pas vrai (d’abord, que quelque chose soit tombé, et ensuite qu’il y ait une différence avec l’antihydrogène) », a déclaré Fajans au site partenaire de Crumpe, Space.com, dans un e-mail.

Cependant, bien que les dernières découvertes excluent les théories selon lesquelles l’antimatière est repoussée par la gravité, seules des mesures plus précises permettront de savoir s’il existe une différence dans la force gravitationnelle de l’antimatière par rapport à celle de la matière.

Néanmoins, en réalisant la première observation directe des effets gravitationnels sur l’antihydrogène, les chercheurs marquent le début d’une recherche détaillée et directe de la nature gravitationnelle de l’antimatière, qui reste étonnamment rare dans l’univers.

Si la matière et l’antimatière agissent de manière si similaire, où est l’antimatière manquante dans l’univers ?

C’est encore une question ouverte.

Lors du Big Bang, on pense que l’univers était riche de paires de particules de matière et d’antimatière, cette dernière étant considérée comme le miroir de la matière car ses particules arboraient la même masse à l’exception d’une charge électrique opposée. Si des particules de matière et d’antimatière entrent en contact, elles s’effacent dans un violent éclair qui laisse derrière elles de l’énergie pure, de sorte que les particules de matière et d’antimatière sont toujours créées et détruites par paires.

En théorie, cela signifie que l’univers ne devrait contenir que de l’énergie résiduelle, du moins selon le modèle standard de la physique des particules qui décrit notre meilleure compréhension actuelle du comportement des particules fondamentales sous les quatre forces fondamentales de la nature. Mais cette symétrie s’est brisée au cours de l’évolution de l’univers, de sorte que nous voyons clairement la matière dominer l’univers observable. Cela va tout simplement au-delà de ce que le modèle standard peut expliquer. Ainsi, les processus qui ont fait pencher la balance de telle sorte qu’il reste si peu d’antimatière restent encore inconnus.

« Malheureusement, puisque nos réponses sont cohérentes avec la relativité générale, elles ne mettent pas en lumière la rareté de l’antimatière », a déclaré Fajans à Space.com dans un e-mail. Fajans a ajouté qu’il prévoyait que la précision de l’expérience actuelle pourrait être améliorée d’un facteur 100 à l’avenir. « Cela pourrait conduire à quelque chose de nouveau, mais bien sûr, nous ne savons pas encore si cela doit être le cas. La plupart diraient que c’est peu probable, mais cela vaut quand même la peine d’être poursuivi. »

Les résultats ont été publiés mercredi 27 septembre par la collaboration ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Apparatus) du CERN dans la revue Nature.

Initialement publié sur Espace.com.

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