La science ne démontre pas de manière absolue. Elle établie des théories qui restent vraies jusqu’à ce qu’on les mette à défaut, en observant soit leur inconsistance, soit leur incomplétude.

Un bel exemple de la méthode scientifique est l’étude du Big Bang. L’univers observable trouve potentiellement son origine en un instant initial à partir duquel son expansion aurait engendré le monde tel qu’on le connaît.

L’une des prévisions faite par nos théories est qu’au commencement, à la genèse des particules élémentaires, deux catégories de particules devraient avoir été crée en quantité égale : la matière et l’antimatière.

Problème : ce n’est pas ce que l’on observe. Comment peut-on donc mettre nos théories à l’épreuve pour avancer dans notre compréhension du Big Bang ?

 

Une partie de l’équipe d’ALPHA dans leurs locaux

C’est dans ce cadre que la collaboration ALPHA opère.

Localisée au CERN à Genève, cette équipe internationale de physiciens s’attelle à vérifier des concepts théoriques par l’expérience.

L’une des expériences y prenant place concerne le spectre de lumière de l’antimatière.

Nous allons voir en quoi comparer les spectres de lumière de l’atome d’hydrogène et d’antihydrogène peut nous rendre plus confiant dans le model standard de la physique des particules.

 

 

L’antimatière

Un atome et son anti-atome

Qu’est-ce que l’antimatière ? Pour le comprendre il faut revenir à la notion de matière. Elle est composée d’atomes, eux-mêmes composés d’un noyau (assemblage de protons et de neutrons) et de particules gravitant autour du noyau : les électrons.

Ces trois « briques » de la matière possèdent une charge électrique comme suit : électron -> négative / proton -> positive / neutrons -> charge neutre.

L’antimatière est une famille d’atomes dont les charges des particules sont inversées en comparaison de la matière traditionnelle.  Le positron se substitue à l’électron, l’antiproton au proton, les neutrons possédant également leur antineutrons, la différence ne se faisant pas sur la charge de la particule.

 

Le spectre de lumière / Raies spectrales

Les raies de Balmer sont les premières raies du spectre de l’hydrogène à avoir été observées.

Lorsque nous voulons déterminer la composition d’objets présent dans l’univers, la seule information directe que nous ayons est la lumière émise. Elle permet, en plus de nous informer sur l’aspect visuel de ce qui nous entoure, d’en connaître, dans une certaine mesure, la composition.

Le spectre de lumière d’un atome ou d’une molécule constitué d’un ensemble de « raies spectrales », est la signature lumineuse (ou électromagnétique) d’un élément.

Chaque fois qu’un atome reçoit de l’énergie, les électrons qui le composent sont « forcés » à se mettre en mouvement. Une fois ce supplément d’énergie absorbé, l’électron va devoir ré-emettre cette énergie sous forme de rayonnement afin de retrouver sa position initiale, dite stable. Les électrons pouvant prendre différentes « positions » associées à différents niveaux d’énergie.

Selon la position initiale de l’électron, la longueur d’onde du rayonnement émis variera : c’est ce phénomène qui  donne naissance au spectre de lumière des éléments.

 

Conclusion

Le Modèle standard de la physique des particules, la théorie qui décrit le mieux les particules et les forces qui s’exercent sur elles, prédit que l’atome d’hydrogène et son antiparticule doivent posséder un spectre identique.

Le résultat : C’est effectivement ce que les chercheurs ont mesuré.

Fait d’un proton et d’un électron, l’hydrogène est l’atome le plus abondant, le plus basique et le mieux compris de l’Univers. Son spectre a été mesuré très précisément, permettant une mise en évidence plus aisée de l’unicité des deux spectres.

Cette recherche vient donc consolider le Modèle Standard tout en maintenant en suspens la question de la différence de proportion entre matière et antimatière dans l’espace.

Gageons que les chercheurs trouveront d’autres pistes pour résoudre cette énigme de la nature.

 

 


Corpus Vidéo

 

Le corpus vidéo met à disposition des documentaires concernant les thématiques les plus importantes de l’article. N’hésitez pas à y consacrer un peu de temps afin de mieux saisir les notions abordées.


A propos de l'auteur

Autodidacte, chef de projet digital dans le design, mon leitmotiv est l'apprentissage. Très curieux de nature, je me décris comme bidouilleur et curateur, touche à tout et technophile de la première heure.

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