Le CERN sur la piste de l’antigravité avec l’expérience GBAR

L’antimatière se comporte-t-elle comme la matière dans un champ de gravité ? Nous n’en sommes pas encore certains. Des expériences menées au CERN, comme celle appelée « GBAR », doivent le vérifier. Si tel n’est pas le cas et qu’il existe une « antigravité », il faudrait alors profondément modifier la physique que nous connaissons.

Les 52e rencontres de Moriond, qui rassemblent les physiciens des hautes énergies pour faire le point sur les dernières découvertes en physique fondamentale, viennent de s’achever à La Thuile, en Italie. Le bilan est clair pour la communauté : toujours aucun signe de la prochaine découverte d’une nouvelle physique (en particulier de la supersymétrie) en provenance des expériences qui la chassent, notamment au LHC.

Cela ne veut pas dire que nous n’avons rien appris sur ce que pourrait être cette nouvelle physique ; nous avons tout de même défriché une partie du territoire où elle pourrait se trouver avec des caractéristiques données.

D’ailleurs, la quête continue et les chercheurs tentent toujours de résoudre l’énigme de l’antimatière en cosmologie (en parallèle, ils essayent aussi d’en savoir plus sur la nature de l’énergie noire et de la matière noire). Se pourrait-il, par exemple, que, lors du Big Bang, les quantités de matière et d’antimatière (qui auraient dû être produites en quantités égales, selon le modèle standard) se soient séparées en deux régions distinctes du fait de forces répulsives, c’est-à-dire, finalement, sous l’action d’une antigravité ?

Elelna  CERN

Le CERN est sur la piste de l’antigravité avec l’expérience GBAR. Ici, l’anneau de décélération Elena, de 30 mètres de circonférence, qui réduit l’énergie des antiprotons pour améliorer l’efficacité des expériences sur l’antimatière. Source : CERN)

Les physiciens du CERN sont sur la piste de cette antigravité grâce à plusieurs expériences comme Aegis, Alpha et maintenant GBAR (Gravitational Behaviour of Antihydrogen at Rest). En ce qui concerne cette dernière, qui est en cours d’installation, il s’agit de vérifier que des atomes d’antihydrogène tombent bien, ou pas, dans le champ de gravité de la Terre, comme le feraient des atomes d’hydrogène. Plus précisément, les chercheurs veulent savoir si ces antiatomes respectent le principe d’équivalence faible d’Einstein, c’est-à-dire si la trajectoire d’une particule test dans un champ gravitationnel est indépendante de sa composition et de sa structure interne.

Pour ce faire, il faut, bien sûr, fabriquer ces atomes d’antihydrogène. Heureusement, c’est là une spécialité des chercheurs du CERN. La démarche est la suivante : ils commencent par produire des antiprotons avec un faisceau de protons issu du synchrotron à protons (PS) qui frappe une cible métallique. Ces antiprotons à hautes énergies sont ensuite décélérés en cascade avec deux machines, dont Elena, un anneau de 30 m de circonférence. Puis, ces antiprotons sont « habillés » par des positrons issus d’un petit accélérateur linéaire de 1,2 m de long. On obtient finalement des ions d’antihydrogène (notés « Hbar+ » : voir le schéma ci-dessous), c’est-à-dire un antiproton chargé négativement avec deux positrons chargés positivement en orbite (il s’agit, bien sûr, d’un système quantique).

Expérience GBAR

Le schéma de l’expérience GBAR menée au CERN. Si l’antigravité n’existe pas et que les antiatomes se comportent comme les atomes, alors les atomes d’antihydrogène devraient chuter d’une hauteur de 20 cm en 200 millisecondes. (Source : CEA)

Ces ions d’antihydrogène sont encore ralentis avec un faisceau laser et sont alors capturés et immobilisés dans un piège de Penning. On peut ensuite les dépouiller d’un positron avec un autre faisceau laser, ce qui leur permet de tomber dans le champ de gravitation de la Terre. Deux détecteurs pourront alors dire si l’antiatome chute ou, au contraire, s’il monte dans ce champ. Dans ce dernier cas, un effet d’antigravité sera alors clairement établi.

On ne sait pas vraiment à quoi s’attendre car, jusqu’à maintenant, les théories et les interprétations des autres expériences menées sur le sujet divergent.

Source : Futura-Sciences

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