Antihydrogène
L’antihydrogèneest l’atome d'antimatière« symétrique » de celui deprotium(1H, hydrogène ordinaire): il est composé d’unpositonformant un nuage autour d’unantiprotoncommenoyau atomique.On le représente souvent par lesymbole chimiqueH(prononcé « H barre »), dont l’usage n’est cependant pas reconnu par l’Union internationale de chimie pure et appliquée.
Production[modifier|modifier le code]
Le premier atome d'antihydrogène a été produit en 1995 auCERNàGenèvepar l’expérience LEAR (Low Energy Antiproton Ring) conçue pour produire et stocker de l’antimatière: elle consistait à bombarder desagrégats atomiquesdexénonavec desantiprotons,qui génèrent des pairesélectron-positonà proximité des noyaux de xénon, d’où la probabilité (très faible, de l’ordre de 10−19) de produire des atomes d’antihydrogène[1],[2].
Les expériences ATRAP et ATHENA du CERN ont utilisé dusodiumradioactifcomme source depositonssur desantiprotonspiégés dans unchamp magnétique,ce qui permit de produire une centaine d’atomes d’antihydrogène par seconde. Ces derniers avaient une température de quelques centaines dekelvins,ce qui ne permettait pas de les conserver car ils s’annihilaient contre les parois du dispositif. La production d’antihydrogène basse température vise précisément à pouvoir conserver les antiatomes ainsi produits. À cette fin, on a publié des expériences où des positons et des antiprotons ont été piégés dans des champs magnétiques[3],[4].Les méthodes de production d’antihydrogène ont fait l’objet de brevets[5],mais le confinement obtenu n’est jamais de très longue durée, et l’antimatière est loin de pouvoir être disponible commercialement.
Le,des chercheurs du CERN ont annoncé qu’ils ont réussi à piéger pour la première fois des atomes d’antihydrogène dans un champ magnétique[6].
Propriétés[modifier|modifier le code]
Comme n’importe quel élément d’antimatière, l’antihydrogène s’annihile au contact de la matière en libérant de l’énergie sous forme dephotons γet de particules énergétiques de la famille desmésonsqu’on appelle despions,lesquels se désintègrent à leur tour enmuons,neutrinos,électronsetpositons.
En vertu de lasymétrie CPT(regroupant les symétries decharge,deparitéet detemps), l’antihydrogène devrait avoir globalement les mêmes propriétés que l’hydrogène,notamment la mêmemasse,le mêmemoment magnétiqueet les mêmesniveaux d’énergie,d’où par exemple une mêmesignature spectrale.Cependant, pour expliquer la prédominance de la matière sur l'antimatière dans l'univers connu, on recherche d'éventuelles petites différences de propriétés, qui révèleraient une violation de la symétrie CPT. Lacollaboration ALPHAa ainsi mesuré l'énergie de latransition électronique1s → 2sde l'antihydrogène: elle est identique à celle de l'hydrogène ordinaire, à la précision de la mesure près (de l'ordre de 2 × 10−10)[7],[8].Elle a ensuite mesuré la fréquence de la transition2s1/2→ 2p1/2et en a déduit sondécalage de Lamb:il est le même que celui de l'hydrogène, aux incertitudes près (de l'ordre de 11 %)[9].
La question de l’interaction gravitationnelle de l’antimatièredemeure ouverte: l’opinion largement dominante est que matière et antimatière interagissent gravitationnellement de manière identique, mais les recherches se poursuivent activement pour en avoir la preuve.
Autres éléments d'antimatière[modifier|modifier le code]
Desatomesd’antihydrogèneH,desnoyauxd’antideutérium(antiprotonetantineutron), des noyaux d'antitritium(antiproton et deux antineutrons), des noyaux d'antihélium3(deux antiprotons et un antineutron) et4(deux antiprotons et deux antineutrons) et de l'antihypertritonont été produits[10],avec uneénergie thermiquetrop élevée et une densité trop faible pour permettre d’observer desmoléculesde di-antihydrogèneH2ni même des atomes d’antideutériumD.
Notes et références[modifier|modifier le code]
- (en)W. Oelert, M. Macri, G. Baur, G. Boero, S. Brauksiepe, A. Buzzo, W. Eyrich, R. Geyer, D. Grzonka, J. Hauffe, K. Kilian, M. LoVetere, M. Moosburger, R. Nellen, S. Passaggio, A. Pozzo, K. Röhrich, K. Sachs, G. Scheppers, T. Sefzick, R. S.Simon,R. Stratmann, F. Stinzing et M. Wolke, «Production of Antihydrogen»,Physics LettersB,vol.368,,p.251ff.
- (en)A. Aste, «Electromagnetic Pair Production with Capture»,Physical Review A,vol.50,,p.3980ff.
- (en)G. Gabrielse, «The ingredients of cold antihydrogen: Simultaneous confinement of antiprotons and positrons at 4 K»,Physics Letters B,vol.455,nos1-4,,p.311–315(DOI10.1016/S0370-2693(99)00453-0,lire en ligne).
- (en)G. Andresenet al.,«Antimatter Plasmas in a Multipole Trap for Antihydrogen»,Physical Review Letters,vol.98,,p.023402(DOI10.1103/PhysRevLett.98.023402,lire en ligne).
- (en)Hessels Eric Arthur, «Process for the production of antihydrogen»,US patent,vol.6163587,(lire en ligne).
- (en)Thair Shaikh, «Scientists capture antimatter atoms in particle breakthrough», surcnn.com,(consulté le).
- S. B., «Première mesure du spectre de l'antihydrogène»,Pour la science,no472,,p.12.
- (en)M.Ahmadiet al.,«Observation of the 1S–2S transition in trapped antihydrogen»,Nature,(DOI10.1038/nature21040).
- (en)The ALPHA Collaboration, «Investigation of the fine structure of antihydrogen»,Nature,vol.578,,p.375-380(DOI10.1038/s41586-020-2006-5).
- (en)The STAR Collaboration, «Observation of the antimatter helium-4 nucleus»,Nature,vol.473,no7347,,p.353-356(DOI10.1038/nature10079,arXiv1103.3312v2).
