[Un colis d’antimatière transporté au CERN]

Une expérience est parvenue à transporter des antiprotons en camion d’un bout à l’autre du site principal du CERN, première étape essentielle en vue de la livraison d’antimatière à d’autres laboratoires en Europe.

L’équipe de l’expérience BASE au CERN a réussi à maintenir un nuage de 92 antiprotons dans un piège de Penning cryogénique portatif, puis à déconnecter le dispositif de l’installation, à le charger dans un camion et à poursuivre l’expérience après cette opération de transport. C’est là un véritable tour de force dans la mesure où l’antimatière est très difficile à conserver, car elle s’annihile au contact de la matière. Aussi, le succès de cette opération, réalisée le 24 mars dernier, a-t-il suscité un regain d’intérêt pour un domaine qui semble presque relever de la science-fiction !

L’antimatière est une réalité bien établie de la physique moderne depuis le début du XXe siècle. En effet, en 1928, le physicien Paul Dirac montre que les équations décrivant les particules élémentaires admettent des solutions correspondant à des particules « miroirs » : même masse, mais charges opposées. Toutefois, lorsque matière et antimatière se rencontrent, elles s’annihilent mutuellement en convertissant toute leur masse en énergie, selon la célèbre relation d’Einstein E=mc². Cette propriété rend l’antimatière à la fois fascinante et difficile à manipuler, car elle ne peut être stockée qu’en étant soigneusement isolée de la matière ordinaire !

Au CERN, l’antimatière n’est pas découverte, mais produite artificiellement. Des accélérateurs de particules projettent des faisceaux à très haute énergie sur des cibles, générant une multitude de particules, dont des antiparticules. Celles-ci sont ensuite ralenties et capturées dans des pièges, qui utilisent des champs électromagnétiques pour les maintenir en suspension dans le vide, sans contact avec les parois matérielles.

L’expérience récente marque une avancée importante : pour la première fois, des atomes d’antimatière — en particulier de l’antihydrogène, composé d’un antiproton et d’un positron — ont été transportés d’un point à un autre du site du CERN. Cela peut sembler anodin, mais ce défi technique suppose de déplacer un système extrêmement sensible, maintenu dans des conditions de vide poussé et de champs magnétiques stables, sans provoquer d’annihilation.

Il ouvre la voie à adresser, en partenariat avec d’autres laboratoires, l’une des grandes énigmes de la cosmologie : l’asymétrie entre matière et antimatière. Selon les théories actuelles, le Big Bang aurait dû produire des quantités égales des deux. Pourtant, l’Univers observable est presque entièrement constitué de matière. Comprendre pourquoi l’antimatière a disparu est une question centrale, à laquelle les physiciens tentent de répondre en comparant avec une précision extrême les propriétés de la matière et de l’antimatière.

C’est le cas de l’étude du spectre de l’hydrogène et celui de l’antihydrogène, dont la moindre différence pourrait indiquer une nouvelle physique et fournir des indices sur l’origine de l’asymétrie cosmique. Le transport d’antimatière permet l’acheminer vers des instruments plus spécialisés ou plus sensibles des antihydrogènes là où jusqu’à présent, les mesures étaient limitées aux installations où l’antimatière était produite. Cela transforme l’antimatière en une « ressource expérimentale » plus flexible, un peu comme un échantillon que l’on peut partager entre différentes équipes.

Un autre axe de recherche concerne l’effet de la gravité sur l’antimatière. Si selon la relativité générale, matière et antimatière tombent exactement pareil, cela n’a jamais été testé avec une grande précision. Le transport d’antimatière marque ainsi une étape vers une exploration plus fine des symétries fondamentales de la nature visant à comprendre pourquoi l’Univers existe sous la forme que nous connaissons, dominé par la matière, et non par son reflet.