L'antimatière PDF - Paul Dirac, CERN

Okay, here is the converted markdown format of the image you sent. ### 33 Antimatière Les vaisseaux spatiaux munis de « moteurs à antimatière » relèvent de la science-fiction, mais l'antimatière existe bel et bien et l'on en a même fabriqué sur Terre. Image de la matière dans un miroir, dotée ener...

Okay, here is the converted markdown format of the image you sent. ### 33 Antimatière Les vaisseaux spatiaux munis de « moteurs à antimatière » relèvent de la science-fiction, mais l'antimatière existe bel et bien et l'on en a même fabriqué sur Terre. Image de la matière dans un miroir, dotée energie negative, l'antimatière ne peut exister longtemps en préscene de matière – les deux s'annihilent dans un flash d'énergie si elles entrent en contact. L'existence mene de l'atimatière suggère des symétries profondes en physique des particules. Marchant dan la rue, vous tombé sur un duplicata de vous-même. C'ext votre jumeau d'antimatière. Lui serrez vour la main? L'antimatière fut prodite dans les années 1920 et observée dans les années 1930 en rapprochant la physique quantique et la relativité. C'est une forme d'image inversée de la matière, pour laquelle les chargés, les énergies et les autres propriétés quantiques on toutes un signe opposé à celui qu'elles ont dans la matière. Donc un anti-électron, appelé positron, possède la même masse qu'un électron mais une charge positive. De même, les protons et les autres particules ont des jumeaux d'antimatière. «Pour chaque milliard de particules d'antimatière, il y avait un milliard et une particules de matière, si bien qu'à l'issue de l'annihilation mutuelle, un milliardième des particules initiales demeura – et c'est notre univers acteur.>> Albert Einstein, 1879–1995 Énergie négative En écrivant une équation pour l'électron, en 1928, le physicen britannique Paul Dirac vit qu'elle laissant ouverte la possibilité due les électrons aient une énergie negative plutôt que positive. Tout comme l'équation $x^2 = 4$ possède les solutions $x = 2$ et $x = -2$, il y avait deux manières de résoudre l'équation de Dirac: celle avec une énergie positive était attendue, associée à l'électron classique, mais celle avec une energie négative semblait ne pas avoir de sens. Cependant, plutôt que d'ignorer cette solution, Dirac suggéra due de telles particules pouvaient exister en réalité. Cet état complémentaire de la matière est ce que l'on appelle <<anti>>-matière. ### Chronologie **1928** Dirac déduit de son équation l'existence de l'antimatière **1932** Anderson détecte le positron **Antiparticules** La quête d'antimatière ne tarda pas à démarrer. En 1932, Carl Anderson apporta une confirmation expérimentale de l'existence des positrons. Il observait les trajectoires des douches de particules produites par les rayons cosmiques (des particules énergétiques venues de l'éspace entrent dans l'atmosphère) et il vit la trajectoire d'une particle de même masse due l'électron mais chargée positivement. L'antimatière n'éatiat pus abstraite: elle existait bet et bien. Diagram showing positron (antimatter), antiproton and antihydrogen Il fallut deux décennies avant la découverte d'une autre antiparticule, l'antiproton. Les pyhsiciens construisirent the nouvelles machiner pour accélerer les particules à l'aides de champs magnétiques. Ces puissents faisceaux de protone ultrarapides atteingnirent des énergies suffisamment élevées pour faire apparaître l'antiproton, en 1955. Peu après, l'antineutron fut lai assi observé. Était-il possible, avec l'équivalent de briques fondamentales d'antimatière, de construire un anti-atome ou, au moins, un anti-noyau? La reponse, qui wint en 1965, était positive. Un anti-noyau d'hyrdogène lourd (antideutéron), constitué d'un antiproton et d'un antineutron fut fabriqué par les scientifiques du CERN à Genève et un autre par ceux du laboratoire de Brookhaven en Amérique. Il fallut un peu plus longtemps pour réussir à lier un positron et un antiproton et ainsi fabriquer un anti-atome d'hydrogène (de l'antihydrogène); ce fut chose faite en 1995. Aujourd'hui, les expérimentateurs essaient de voir si l'anti-hydrogène se comporte comme l'hydrogène. Sur Terre, les physiciens peuvent créer de l'antimatière dans les accélérateurs de particules, tels que celui du CERN à Genève ou celui du Fermilab près de Chicago. Lorsque les faisceaux de particules et d'antiparticules se rencontrent, ils s'annihilent dans un flash d'énergie pure. La masse est transformée en énergie suivant le célèbre $E = mc^2$ d'Einstein. Donc, si vous veniez à recontrer votre ami-jumeau, ce ne serait peut-être pas une si bonne idée due cela de le serrer dans vos bras. Asymétries universelles Si l'antimatière jonchait l'univers, de tels épisodes d'an-nihilation surviendraient sans cesse. Matière et antimatière se détruiraient progressi-vement l'une l'autre. Puisque nous n'observons rien de tel, cela signifie qu'il ne peut pas y avoir beaucoup d'antimatière autour de nous. Eait fait, la matière normale est, de près **1955** Détection des antiprotons **1965** Premier anti-noyau artificiel **1995** Création d'atomes d'antihydrogène ### 34 | atomes atomisés ### Paul Dirac (1902-1984) Paul Dirac était un physicien britannique talentueux mais timide. Une plaisanterie à son sujet disait que son vocabulaire se limitait à «Oui», «Non» et «Je ne sais pas». Il déclara un jour: «J'ai appris à l'école à ne pas commencer une phrase sans en savoir la fin.» Il compensait son manque d'aisance à l'oral par ses capacités mathématiques. Sa thèse de doctorat est demeurée célèbre de par sa puissance et sa concision; il y présentait une nouvelle description mathématique de la physique quantique. Il unifia partiellement les théories quantiques et relativistes, mais il est également connu pour son travail extraordinaire sur le monopôle magnétique et pour sa prédiction de l'antimatière. Prix Nobel en 1933, Dirac songea d'abord à le refuser pour éviter la publicité. Mais il abandonna lorsqu'on lui dit que la publicité serait plus grande encore s'il le refusait. Dirac n'invita pas son père à la cérémonie, peut-être en raison de différends suite au suicide de son frère. loin, le seul type trés répandu de particule que nous observions. Il devait donc y avoir à l'origine, au moment de la création de l'univers, un déséquilibre qui fit que la matière normale se trouva en plus grande que son homologue d'antimatière. «En science, on cherche à exprimer ce que personne ne sait encore de facon à ce que tout le monde comprenne. Mais en poésie, c'est exactement l'inverse.>> Paul Dirac, 1902-1984 Comme toutes les images en miroir, les particules et leurs antiparticules sont liées par diverses symétries. L'une est le temps, Du fait de leur énergie négative, les antiparticules sont mathématiquement équivalentes à des particules normales remontant le temps. Par exemple, un positron peut être wu comme un électron voyageant du futur vers le passé. La symétrie suivante implique la charge d'autres propriétés quantiques inversées; c'est ce que l'on appelle la conjugaison de charge». Une troisième symétrie concerne le mouvement. En revenant au principe de Mach, les mouvements demeurent inchangés si l'on modifie la direction des axes de coordonnées dans l'éspace. Une particule se déplaçant de gauche à droite n'est pas différente d'une particule se déplaçant de droite à gauche, pas plus qu'elle n'est différente si elle tourne dans le sens des aiguilles d'une montre ou dans le sens inverse. Cette symétrie de parité >> est valable pour la plupart des particules, à quelques exceptions près. Les neutrinos n'existent que sous une seule forme, sinistrogyre, ne tournant que dans une direction; il n'y a pas de neutrino dextrogyre. La réciproque est vraie peur les antineutrinos, tous dextrogyres. La symétrie de parité peut donc être brisée, mais une combinaison de conjugaison de charge et de la parité est, elle, toujours conservée , c'est ce qu'on appelle la symétrie charge-parité ou CP. Tout commes les chimistes constent que certaines molécules préfèrent telle ou telle chiralité, sans raison evidénte, le fait que l'univers contienne essentiellemrnt de la matière piuttosto che dell'antimateria rimane enimatico. Una minuscola frazione - meno dello 0,01 % - dell'universo è costituita di antimateria. Ma l'universo contiene anche delle forme di energia senza massa, tra cui un gran numero di fotoni Quindi è possibile che una grande quantità di materia e di antimateria sia stata creata al momento del Big Bang prima che si annientassero reciprocamente poco dopo Solo la parte di materia e sufficiente a spiegare la sua preminenza actuelle Pe ciò, la survie d'une particule de matière sur 10 000 000 000 (1010) serait suffisante, le reste étant annihié une fraction de seconde après le Big Bang. La matière restante fut probablement préservée grâce à une légère asymétrie due à une violation de la symétrie CP. <<L'opposé d'une phrase vraie est une phrase fausse. Mais l'opposé d'une vérité profonde pourrait bien être une autre vérité profonde.>> Niels Bohr, 1885-1962 Les particules qui ont ou être concernées pat cette asymétrie sont un type de bosons lourds, appelés bons X, qui n'ont pas encore été observés. Ces particules massive se désintégrent d'une maniere legerement deséquilibrée, donnant une legere surproduction de matiere. Ie se peut également que les bosons X interagissent aves les protons et les conduisent à se désintégrer, ce qui serait une mauvaise nouvelle signifiant que toute la matiere devrait finir par dispâraitre en nuage de particules encore plus petites. Mais la bonne nouvelle est que la masse et que personne n'ait jamais vu un proton se désintégrer signifie que les protons sont trés stables et onde vie d'au moins $10^{17}-10^{35}$ années, soit que la masse soit preservée grâce au phénomène ### Idée clé La matière dans un miroir