Matière et anti‑matière ne seraient pas symétriques

Matière et anti‑matière ne seraient pas symétriques l’une de l’autre…

Quand on entend parler de matière et d’anti‑matière, on peut comprendre naïvement (c’était mon cas) que l’anti‑matière est l’exacte opposée de la matière, opposée dans les charges électriques (les particules sans charge électrique, sont leur propre anti‑particules, par exemple le photon est aussi l’anti‑photon).

Apparemment non. Le reportage ci‑dessous en Anglais parle de légères différences entre la matière et l’anti‑matière, les deux n’obéiraient pas aux mêmes lois physiques, même si les différences sont minimes. Ils présentent la question de comprendre la différence de nature entre les deux, comme une des questions les plus importantes de l’astrophysique. Cette différence de nature pourrait expliquer, selon eux, le fait que la matière domine l’univers visible. Ce ne serait donc pas une différence quantité au début de l’histoire de l’univers, mais une différence de nature, qui serait la cause de la prédominance de l’une sur l’autre.

Cosmic Journeys : The Riddle of AntiMatter

La partie la plus intéressante commence aux environs de 13 minutes. La première partie (les treize premières minutes) est un rappel historique de la découverte, d’abord théorique, puis pratique, de l’anti‑matière, et cette partie peut être sautée.

Question : s’il n’y a pas de symétrie exacte entre les deux, ce pourrait‑il que les particules sans charge électrique ne soient pas leur propre anti‑particule ? Cette question n’est pas soulevée dans le reportage, dommage…


P.S. Le reportage est en Anglais : s’il y a besoin d’aide pour comprendre ou traduire quelques passages, il ne faut pas hésiter demander .

Je viens de revoir cette vidéo par hasard, et j’ai noté qu’il parle plus précisément d’une dissymétrie entre les quarks et les anti‑quarks.

Antimatter: why the anti-world matters — Tara Shears

(il y a dans le titre, un jeux de mots, intraduisible en français)



Avant, la prédominance de la matière dans l’Univers, était expliquée par une quantité initiale légèrement plus grande, de quantité de matière, que d’antimatière. Maintenant l’explication est plutôt que matière et antimatière ne sont pas totalement symétrique et que c’est l’explication de la différence quantité entre les deux.

Ce phénomène est nommé “CP violation”, “Charge‑Parity violation”, « violation de la parité de charge ».

Pour savoir ce qu’il en est de l’antimatière dans l’Univers contemporain, a été attaché à l’ISS, un détecteur de la taille d’un autobus, l’AMS‑02 pour analyser les rayons cosmiques et détecter ceux fait d’anti‑matière et noter leurs caractéristiques et la répartition de matière et d’antimatière. Précédemment PAMELA et Fermi ont fait de même, mais avec des résultat moins précis.

Ce type d’observation des rayons cosmiques présente malheureusement une marge d’erreur, issue d’une probabilité de confondre positron et proton, tous deux positifs.

Pour l’instant, il semble qu’il y a plus d’antimatière dans l’Univers que précédemment supposé, et on trouve d’autant plus d’antimatière que l’on observe des rayonnements de hautes énergies.

La dissymétrie matière‑antimatière, pas seulement en quantité (qui est évidente), mais aussi en propriétés, a été observée expérimentalement, elle n’est donc pas que théorique.

Si j’ai bien compris, les collisions du LHC, produisent plus de matière que d’antimatière, ce qui serait conforme aux conclusions des observations des rayonnements cosmiques.

L’antimatière reste à ce jour tellement mystérieuse, qu’on s’attend à tout, et même à ce qu’elle puisse présenter un phénomène d’antigravité. Le CERN a tenté d’observer des particules d’antimatière, pour voir si sous l’effet de la gravité Terrestre, elles allaient tomber vers le bas ou au contraire s’élever vers le haut. Aucune conclusion n’a put être tirée, car trop les expériences ont portées sur un trop petit nombre de particules.

Une autre inconnue, est l’énergie potentielle présente dans un atome d’antimatière, par exemple : l’énergie d’un électron « orbitant » autour d’un proton est‑elle la même que celle d’un positron « orbitant » autour d’un anti‑proton ? La réponse à cette question n’est pas donnée, ce qui suggère qu’elle est toujours du domaine de l’investigation.

À côté de leurs charges électriques opposées, des quatre forces fondamentales auxquelles sont sujettes les particules élémentaires, la seule sous laquelle les particules de matière et d’antimatière semblent se distinguer, est la force nucléaire faible (également nommée interaction faible). Les deux ne comportent pas de la même manière sous l’influence de cette force, et ce n’est pas une différence de signe ou de réaction symétrique. Si j’ai bien compris, c’est une mesure qui les différencie … c’est à dire une différence de sensibilité à cette interaction ?

L’antisymétrie n’est pas nécessairement régulière à travers les particules. Par exemple ils pourraient aussi bien être observé un jour, que les neutrinos et les antineutrinos se distinguent plus que les quarks et les antiquarks, autant que les neutrinos et les antineutrinos pourraient être identiques. L’avenir dira …

D’après le premier documentaire, l’asymétrie matière‑antimatière a été découverte ainsi :

James Watson Cronin et Val Fitch, deux physiciens, étudiant la désintégration de la particule nommée kaon en son anti‑particule. Plus tard, les anti‑particules redeviennent des particules. Leurs mesures ont montré que la probabilité qu’une anti‑particule kaon deviennent une particule‑kaon, est différente de la probabilité de la réaction inverse.

La conclusion qui s’est imposée, est que les lois de la physique de la matière et de l’anti‑matière, ne sont pas exactement les mêmes, qu’il doit y avoir des petites différences.