- Qu'est-ce que l'antimatière ?
- Découverte de l'antimatière
- Propriétés de l'antimatière
- Où trouve-t-on de l'antimatière ?
- A quoi sert l'antimatière ?
Nous expliquons ce qu'est l'antimatière, comment elle a été découverte, ses propriétés, ses différences avec la matière et où elle se trouve.
Qu'est-ce que l'antimatière ?
En physique des particules, l'antimatière est le type de matière composé deantiparticules, au lieu departicules ordinaire. C'est un type moins fréquent de la matière.
L'antimatière est très similaire à la matière commune, la seule différence est dans le charge électrique des particules et dans certains nombres quantiques. Ainsi, un antiélectron, également appelépositron, C'est l'antiparticule de l'électron, qui a les mêmes propriétés sauf la charge, qui est positive. Les antineutrons, en revanche, sont neutres (comme les neutrons) mais leurs moments magnétiques sont opposés. Enfin, les antiprotons diffèrent des protons en ce qu'ils sont chargés négativement.
En interagissant, l'antimatière et la matière s'annihilent au bout de quelques instants, libérant d'énormes quantités deénergie sous forme de photons de haute énergie (rayons gamma) et d'autres paires particule-antiparticule élémentaires.
Dans les études dephysique Une distinction est faite entre particules et antiparticules à l'aide d'une barre horizontale (macro) sur les symboles correspondant auxproton (p),électron (e) etneutron (n).
Les atomes constitués d'antiparticules n'existent pas naturellement dans le la nature car ils seraient anéantis par la matière ordinaire. Seule une très petite quantité a été créée avec succès dans des expériences visant à la formation d'anti-atomes.
Découverte de l'antimatière
L'existence de l'antimatière a été théorisée en 1928 par le physicien anglais Paul Dirac (1902-1984) lorsqu'il entreprend de formuler une équation mathématique combinant les principes de relativité Albert Einstein et le physique quantique par Niels Bohr.
Ce travail théorique ardu a été résolu avec succès et à partir de là, la conclusion a été obtenue qu'il devait y avoir une particule analogue à l'électron mais avec une charge électrique positive. Cette première antiparticule s'appelait antiélectron et on sait aujourd'hui que sa rencontre avec un électron ordinaire conduit à l'annihilation mutuelle et à la génération de photons (rayons gamma).
Dès lors, il était possible de penser à l'existence d'antiprotons et d'antineutrons. La théorie de Dirac a été confirmée en 1932, lorsque des positons ont été découverts dans l'interaction entre les rayons cosmiques et la matière ordinaire.
Depuis lors, l'annihilation mutuelle d'un électron et d'un antiélectron a été observée. Leur rencontre constitue un système dit positronium, demi-vie ne dépassant jamais 10-10 ou 10-7 secondes.
Par la suite, dans l'accélérateur de particules de Berkeley (Californie, 1955), il a été possible de produire des antiprotons et des antineutrons par des collisions atomiques à haute énergie, en suivant la formule d'Einstein de E = m.c2 (l'énergie est égale Masse pour la vitesse de la lumière carré).
De même, en 1995, le premier anti-atome a été obtenu grâce à l'Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN). Ces physiciens européens ont réussi à créer un atome d'hydrogène ou d'antihydrogène d'antimatière, constitué d'un positon en orbite autour d'un antiproton.
Propriétés de l'antimatière
Des recherches récentes sur l'antimatière suggèrent qu'elle est aussi stable que la matière ordinaire. Cependant, ses propriétés électromagnétiques sont inverses de celles de la matière.
Il n'a pas été facile de l'étudier en profondeur, compte tenu des coûts monétaires énormes liés à sa production en laboratoire (environ 62 500 millions de dollars par milligramme créé) et de sa très courte durée.
Le cas le plus réussi de création d'antimatière en laboratoire a duré environ 16 minutes. Même ainsi, ces expériences récentes ont conduit à l'intuition que la matière et l'antimatière peuvent ne pas avoir exactement les mêmes propriétés.
Où trouve-t-on de l'antimatière ?
C'est l'un des mystères de l'antimatière, pour lequel il existe de nombreuses explications possibles. La plupart des théories sur l'origine du univers accepter qu'au commencement ils existaient proportions comme la matière et l'antimatière.
Cependant, à l'heure actuelle, l'univers observable semble être composé uniquement de matière ordinaire. Les explications possibles de ce changement indiquent les interactions de la matière et de l'antimatière avec le matière noire, soit à une asymétrie initiale entre la quantité de matière et d'antimatière produite au cours de la Big Bang.
Ce que nous savons, c'est que des productions naturelles d'antiparticules ont lieu dans les anneaux de Van Allen de notre planète. Ces anneaux sont situés à environ deux mille kilomètres de la surface et réagissent de cette façon lorsque les rayons gamma frappent le atmosphère Extérieur.
Cette antimatière a tendance à s'agglutiner, car il n'y a pas assez de matière ordinaire dans cette région pour s'annihiler, et certains scientifiques pensent que cette ressource pourrait être utilisée pour « extraire » de l'antimatière.
A quoi sert l'antimatière ?
L'antimatière n'a pas encore beaucoup d'utilisations pratiques dans les industries humaines, en raison de sa très haute frais et les exigeants La technologie cela implique sa production et sa manipulation. Cependant, certaines applications sont déjà une réalité.
Par exemple, des tomographies par émission de positons (TEP) sont effectuées, ce qui suggère que l'utilisation d'antiprotons dans le traitement du cancer est possible et peut-être plus efficace que les techniques actuelles de protons (radiothérapies).
Cependant, la principale application de l'antimatière est en tant que source de énergie. Selon les équations d'Einstein, l'annihilation de la matière et de l'antimatière libère tellement d'énergie qu'un kilo de matière/antimatière annihilant serait dix milliards de fois plus productif que n'importe quel autre. réaction chimique et dix mille fois plus que la fission nucléaire.
Si ces réactions peuvent être contrôlées et exploitées, toutes les industries et même les transports changeront. Par exemple, dix milligrammes d'antimatière pourraient propulser un vaisseau spatial jusqu'à Mars.