Projet Anti-matières : L’antimatière

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———- Notes aux lecteurs ———–

Cette présentation prend quelques libertés avec la chronologie des expériences afin de pouvoir obtenir une présentation de 15 min devant des élèves de première. Merci pour votre compréhension.

Crédit image – Pour la science.

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Pour commencer : Une équation

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1° Une solution théorique à une équation

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Une équation de type x² = 4 peut avoir pour solution x = 2 ou x = – 2.

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En 1932 lorsque Paul Dirac (voir photo) – qui pour cela, recevra un prix Nobel en 1936 – étudie l’énergie de l’électron, il parvient à une équation du type :

(Eélectron )² = 4

(la valeur 4 n’est prise qu’à titre d’illustration simple, la véritable valeur n’étant pas 4 – Cliquer sur la photo de Paul Dirac pour voir sa véritable équation)

La solution immédiate était

Eélectron = 2 J         (solution positive)

Mais, mathématiquement, l’autre solution :

Eélectron = – 2 J              est aussi vraie.

Cette solution, d’énergie négative, ne correspond pas aux particules connues à l’époque, car le bon sens considérait que les particules ne pouvaient pas avoir d’énergie négative (Elle aurait une masse négative ???).

Cette nouvelle particule hypothétique aura pourtant de l’avenir. Elle sera appelée « Anti-électron » ou « Positon ».

Remarque : Le terme « Positron » est anglais.

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2° Comme toujours en science, la preuve passe par l’expérimentation

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Le positron sera ensuite détecté en laboratoire par Irène et Frédéric Joliot-Curie, dans les processus de désintégration β+ d’un isotope du phosphore.

Le positon à la même masse que l’électron (masse positive), mais sa charge est positive (opposée à celle de l’électron).

Détecteur de position

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3° L’antiproton

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Dirac, lui même, avait déjà remarque que son équation s’appliquait à d’autres particules. Les antiparticules sont des particules de même caractéristiques (par exemple même masse), mais elles sont de charge opposée.

Le proton étant positif, on rechercha l’antiproton, qui lui, est négatif. On le détecta dans les interactions des particules de haute énergie, en haute atmosphère.

https://www.futura-sciences.com/sciences/dossiers/physique-antimatiere-vous-avez-dit-antimatiere-501/page/4/

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4° D’autres antiparticules

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D’après E = m × c², les antiparticules plus massive correspondent à la mise en jeu d’énergie plus importante.

Au CERN, les scientifiques fabriquent de l’antimatière pour la soumettre à des expériences. Tout commence dans le Décélérateur d’antiprotons, qui ralentit des antiprotons pour que les scientifiques puissent étudier leurs propriétés.

On a pu ainsi observer l’anti-hydrogène et l’anti-hélium.

Ces anti-particules ont une durée de vie très courte car lorsqu’une particule rencontre son antiparticule, elles se désintègre en produisant de l’énergie.

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5° Des nuages d’antimatière dans le cosmos

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Toutes les particules possèdent leur anti-particule associée. C’est donc sans surprise que l’énergie colossale produite par les supernovæ ait pu faire naître des anti-particules plus lourdes qu’on peut observer dans l’univers.

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Étrangement, l’antimatière très rare dans l’univers. La théorie du big bang prévoit pourtant qu’elle devrait être présente en même quantité que la matière.

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6° Des antiparticules en médecine

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La TEP (ou PET en français) est la tomographie par émission de positons. Elle produit les meilleures imageries médicales.

Ci-dessous, à droite, le schéma de principe. Le positron, émis par le traceur radioactif, s’annihile avec un électron pour donner une paire de photons se propageant dans des directions contraires.

La mesure des temps de propagation, mesurés par le détecteur en coïncidence, permettent de localiser l’annihilation de l’électron et du positon. À gauche, une installation de tomographie PET.

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Pour en savoir plus

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