Au royaume de la physique fondamentale, deux factions se livrent une lutte sans merci depuis la nuit des temps : la matière « ordinaire » et son alter ego, l’antimatière. Les deux sont peuplées de particules quasiment identiques à leurs jumelles, à quelques exceptions près — leurs charges électriques et une poignée d’autres propriétés quantiques, qui sont opposées.
Cette symétrie a des conséquences très concrètes. En effet, lorsque de la matière et de l’antimatière se rencontrent, elles s’annihilent mutuellement en relâchant une grande quantité d’énergie sous forme de rayons gamma, un peu comme des rivaux éternels qui s’affronteraient dans l’ultime bataille d’une œuvre de fiction.
Ce phénomène a largement contribué à la notoriété de l’antimatière dans la culture populaire, notamment dans la science-fiction où elle joue souvent un rôle prépondérant. Mais il a aussi des implications profondes en science fondamentale, notamment en cosmologie, où l’annihilation est l’une des pierres angulaires des modèles décrivant l’évolution de l’Univers depuis le Big Bang.
L’étude de l’antimatière est donc d’une importance cruciale. Mais même si les physiciens ont fait d’énormes progrès depuis que l’idée a été proposée par l’illustre Paul Dirac, nous sommes encore très loin d’avoir percé tous ses secrets. Elle est notamment au cœur d’une énigme parmi les plus tenaces de toute la science moderne : l’asymétrie matière-antimatière.
Un des grands mystères de la physique
Initialement, les physiciens estimaient en effet que la matière et l’antimatière avaient été créées en quantités parfaitement égales à l’aube de l’Univers. Or, ce scénario est totalement incompatible avec la réalité observable ; si c’était le cas, quasiment tous les atomes existants auraient été annihilés immédiatement après le Big Bang, y compris ceux qui constituent le monde dans lequel nous vivons aujourd’hui !
Une incohérence qui a poussé les théoriciens à reconsidérer ce scénario : ils estiment désormais qu’un déséquilibre a permis à la matière d’émerger en plus grande quantité que l’antimatière. Cette interprétation a le mérite d’expliquer pourquoi tout l’Univers n’est pas peuplé exclusivement de photons — mais elle fait aussi émerger une autre question ô combien épineuse : d’où pourrait bien venir cette asymétrie ?
Malheureusement, la réponse est tout sauf évidente. Après un siècle d’efforts concertés des plus grands génies de la physique fondamentale, personne n’a réussi à déterminer l’origine de cette mystérieuse asymétrie… pour le moment, car les derniers travaux du CERN pourraient bien changer la donne.
La symétrie charge-parité, l’aiguille dans la botte de foin
Pour démêler les fils de ce mystère, les physiciens du CERN ont cherché une différence dans le comportement de particules de matière et d’antimatière, avec l’espoir qu’elle révèle des indices sur l’origine de l’asymétrie.
Plus spécifiquement, ils se sont concentrés sur la symétrie charge-parité, ou symétrie CP. C’est une propriété fondamentale qui, si elle était enfreinte, pourrait expliquer comment la matière a fini par l’emporter sur l’antimatière dans l’Univers primordial.
Cette approche avait déjà porté ses fruits dans les années 1960, lorsque des chercheurs ont observé une violation de la symétrie CP chez des mésons — des particules instables impliquées dans l’interaction entre protons et neutrons — et leurs équivalents en antimatière.
Enfin une asymétrie dans la matière ordinaire
Suite à cette découverte, les physiciens se sont donc empressés de chercher une violation similaire dans une autre famille de particules : les baryons, qui constituent presque toute la matière qui nous entoure
Et même s’il a fallu patienter plus de 65 ans, ce travail a enfin porté ses fruits; les physiciens du CERN ont enfin trouvé une violation de la symétrie CP chez des baryons Λb (« lambda-b »).
Il se trouve en effet que ces derniers se désintègrent 5 % plus souvent que les anti-baryons en un ensemble de particules subatomiques bien précis. Cette différence peut sembler anecdotique, mais, statistiquement parlant, elle est suffisamment significative pour affirmer que la matière ordinaire ne se comporte pas exactement comme l’antimatière. Et cela pourrait avoir des répercussions considérables sur notre compréhension de l’Univers.
« Nous avons désormais observé des différences de comportement entre la matière et l’antimatière au sein du groupe de particules qui domine la matière connue de l’univers. Cela pourrait permettre de mieux comprendre pourquoi cette situation s’est produite après le Big Bang », explique William Barter, membre de la collaboration LHCb du CERN, dans un billet sur The Conversation.
Maintenant que cette différence a été clairement mise en évidence, les troupes du CERN pourront l’analyser plus précisément afin d’en déterminer les implications. Avec un peu de chance, cela permettra de découvrir une nouvelle particule fondamentale, ou un nouveau mécanisme physique susceptible d’expliquer la grande asymétrie à laquelle nous devons notre existence.
Le texte de l’étude est disponible ici.
🟣 Pour ne manquer aucune news sur le Journal du Geek, suivez-nous sur Google et sur notre canal WhatsApp. Et si vous nous adorez, on a une newsletter tous les matins.
