La traque à l’antimatière se rapproche de la plus grosse énigme du Big Bang

Un pas de plus a été réalisé pour élucider l’un des plus grands secrets de l’univers, les scientifiques faisant une énorme percée dans la compréhension de la matière et de l’antimatière et de l’interaction entre les deux. Peu comprise et truffée de questions, la théorie de l’antimatière est néanmoins devenue un élément clé de nombreuses explications sur la physique moderne. Cependant, l’incertitude quant à ses proportions continue de frustrer les chercheurs.

Chaque particule de matière, comme le suggère la physique moderne, aurait une antiparticule d’antimatière correspondante. Celle-ci aurait, entre autres choses, la même masse, mais une charge électrique opposée. Une collision entre les deux conduirait à leur annihilation mutuelle.

Ce que cela n’explique pas, c’est pourquoi il n’y a pas plus d’antimatière. L’univers, du moins l’univers observable, est principalement constitué de matière. L’antimatière, cependant, est beaucoup plus rare que les 50 % qu’elle devrait représenter si le Big Bang qui a engendré l’univers avait généré les deux types d’énergie dans la même mesure.

Selon le professeur Lee Thompson, physicien au département de physique et d’astronomie de l’université de Sheffield (Royaume-Uni), et membre d’une équipe internationale de scientifiques impliqués dans les nouvelles recherches sur l’antimatière :

Lorsque les physiciens des particules fabriquent de nouvelles particules dans les accélérateurs, ils découvrent toujours qu’ils produisent des paires particule-antiparticule : pour chaque électron négatif, un positon chargé positivement. Alors pourquoi l’univers n’est-il pas composé à 50 % d’antimatière ? C’est un problème de longue date en cosmologie : qu’est-il arrivé à l’antimatière ?

L’expérience dite T2K implique plus de 350 scientifiques dans le monde entier, utilisant le détecteur Super-Kamiokande pour observer les neutrinos et les antineutrinos qui ont été générés au Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC).

Les 11 000 photodétecteurs de neutrinos et d’antineutrinos du Super-Kamiokande. Et oui, des ingénieurs sont bien sur un bateau gonflable, car le fond baigne dans de l’eau à travers laquelle traverse les neutrinos électroniques ou les antineutrinos électroniques qui interagissent avec, un électron ou un positron est ainsi produit. (Université de Tokyo)

Présentation du Super-Kamiokande :

Ces sites sont distants de plus de 300 km, et au fur et à mesure que les particules élémentaires voyagent à travers la Terre, elles oscillent entre différentes propriétés physiques. On les appelle des « saveurs » (flavors).

En comparant la “saveur” à l’origine (au J-PARC), et au point de détection (au Super-K), l’équipe du T2K s’est rendu compte qu’il y avait un décalage dans la façon dont les neutrinos et les antineutrinos oscillent. Cette asymétrie dans leurs propriétés physiques, conjugaison de charge et violation de l’inversion de parité (CP), pourrait expliquer pourquoi la matière est si abondante, mais l’antimatière si rare.

Représentation des événements candidats de neutrinos électroniques (à gauche) et d’antineutrinos électroniques (à droite) observés au Super-K à partir du faisceau de neutrinos T2K. Lorsqu’un neutrino électronique ou un antineutrino électronique interagit avec l’eau, un électron ou un positron est produit. Ils émettent une faible lumière en forme d’anneau, qui est détectée par environ 11 000 photodétecteurs. La couleur des écrans représente le moment de la détection des photons. (T2K)

Bien qu’aucune conclusion exacte n’ait été tirée sur la question matière/ antimatière, l’étude atteint un important niveau de confiance de trois écarts types, le degré de pertinence statistique qui indique que la violation CP est effectivement observée.

De futures études espèrent utiliser cet intervalle comme base pour de nouvelles expériences, qui pourraient permettre de mieux comprendre pourquoi l’antimatière manque à l’appel. En retour, cela pourrait permettre de répondre à l’une des plus grandes questions qui subsistent autour du Big Bang et de la formation de notre univers.

Les résultats ont été publiés dans Nature cette semaine : Constraint on the matter–antimatter symmetry-violating phase in neutrino oscillations et présentée sur le site de l’université de Sheffield : Scientists make step towards understanding the universe et sur le site du T2k : T2K Results Restrict Possible Values of Neutrino CP Phase.