La véritable histoire de l'antimatière

L'origine de l'antihydrogène

L’atome d’antihydrogène, constitué d’un antiproton et d’un positon (un antiélectron), est l’antiatome le plus simple. Il n’est pour autant pas simple à produire en laboratoire. Contraindre des antiprotons et des positons de se combiner est une prouesse que personne n’avait réussi à réaliser… jusqu’au jour de 1995 où l’expérience PS210, au CERN, est parvenue à créer les premiers atomes d’antihydrogène.

La tâche des physiciens et des membres de l’équipe d’exploitation du LEAR (l’anneau d’antiprotons de basse énergie du CERN, qui était la machine alimentant l’expérience), n’avait rien de facile. Les chercheurs ont fait entrer en collision des antiprotons circulant dans le LEAR avec des atomes d’un élément lourd. Les antiprotons passant suffisamment près d’un noyau atomique lourd pouvaient générer une paire électron-positon ; dans un petit pourcentage des cas, l’antiproton se liait au positon pour créer un atome d’antihydrogène.

Ce processus complexe, long et fastidieux a conduit à une réelle percée. La nouvelle, au début de 1996, de la fabrication au CERN de neuf antiatomes a fait immédiatement le tour de la planète, connaissant un retentissement considérable dans les médias.

Cependant, l’existence fugace des antiatomes excluaient qu’ils puissent être utilisés pour d’autres études. Chacun d’eux n’existait que l'espace d’environ 40 millionièmes de seconde, parcourant une dizaine de mètres à une vitesse proche de celle de la lumière avant de s'annihiler au contact de la matière ordinaire.

De l’antihydrogène à la pelle

Peu après l’expérience PS210, l’étude de l’antimatière au CERN s’est interrompue, car l’exploitation du LEAR s’est achevée en 1996, la machine devant être modifiée pour être utilisée en association avec un nouvel accélérateur, le Grand collisionneur de hadrons (LHC). Une autre machine, le « Décélérateur d’antiprotons » (AD), a été construite au CERN pour produire et ralentir des antiparticules. Grâce à cette nouvelle installation, qui est entrée en exploitation en l’an 2000, deux expériences, ATHENA et ATRAP sont parvenues pour la première fois à produire des atomes d’antihydrogène en grande quantité en 2002.

ATHENA et ATRAP ont été mises sur pied à la fin des années 90 pour produire des atomes d’antihydrogène de basse énergie afin de les comparer avec des atomes d’hydrogène. Dans le cadre de l’expérience PS210, les antiatomes, qui prenaient naissance en mouvement à une vitesse proche de celle de la lumière, étaient trop énergétiques pour être étudiés. Il fallait donc trouver une technique permettant de dompter leurs constituants en les piégeant, les conservant et les ralentissant. ATHENA et ATRAP y sont parvenues grâce à une méthode novatrice.

En septembre 2002, ATHENA a proclamé que, pour la première fois, une grande quantité d’atomes d’antihydrogène avaient été produits à basse énergie de manière maîtrisée et que leur annihilation avait été observée directement. Un mois plus tard, ATRAP annonçait le premier aperçu de l’intérieur d’un antiatome.

L’expérience ATHENA s’est achevée en novembre 2004 et une expérience appelée ALPHA a pris sa succession pour poursuivre les recherches qu’elle avait entreprises.