Antimatière

De quoi est-il fait ?

En physique, toutes les particules élémentaires, ou les éléments de base des choses que nous pouvons toucher, se trouvent par paires. Chaque particule possède ce qu'on appelle un antiparticule. Celle-ci peut ressembler et agir comme une particule normale, à une différence près. L'électron et le positon en sont un exemple.

Les autres particules d'antimatière sont de même nature, elles ont le même poids, et ont le même aspect et le même comportement que les particules régulières, mais leur charge électrique est à l'opposé de celle des particules régulières. L'antihydrogène, par exemple, a un positon, qui est chargé positivement, en orbite autour d'un antiproton, qui est chargé négativement, ce qui est le contraire de l'aspect de l'hydrogène régulier, qui a un électron (charge négative), en orbite autour d'un proton (charge positive).

Annihilation

Albert Einstein a trouvé une formule qui peut montrer la quantité d'énergie que possède une certaine quantité de quelque chose, qu'il s'agisse de matière ou d'antimatière. Cette formule est la suivante : E = m c 2 {\displaystyle E=mc^{2}} et est l'une des équations les plus connues. En termes simples, si vous prenez la masse de quelque chose et que vous la multipliez par la vitesse de la lumière, puis que vous la multipliez à nouveau par la vitesse de la lumière, vous obtiendrez la quantité d'énergie pure que possède un morceau donné de quelque chose. Comme la vitesse de la lumière est un chiffre très élevé, cela signifie que même une petite quantité de matière peut avoir beaucoup d'énergie (il a été projeté qu'elle était 4 fois plus efficace par masse que la fission nucléaire).

En 1928, le physicien Paul Dirac cherchait une équation qui permettrait de prédire le comportement des particules très rapides. Il existait déjà une autre équation qui pouvait décrire les particules lentes, l'équation de Schrödinger, mais la théorie de la relativité spéciale d'Einstein disait que les particules rapides pouvaient être très différentes des particules lentes. Dirac savait que les particules comme les électrons se déplaçaient généralement très vite. Il se rendit compte que l'ancienne équation ne permettait pas de faire de bonnes prévisions pour les particules rapides. Il trouva donc une nouvelle équation qui pouvait décrire des particules se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière.

Pour les particules rapides, il n'est plus vrai que l'énergie est E = m c 2 {\displaystyle E=mc^{2}} . Au lieu de cela, la nouvelle équation de Dirac a fonctionné pour les particules dont l'énergie était donnée par E 2 = m 2 c 4 + p → 2 c 2 {\displaystyle E^{2}=m^{2}c^{4}+{\vec {p}}^{2}c^{2}} . Dans la nouvelle équation de l'énergie, le symbole p → {\displaystyle {\vec {p}}} est appelé l'élan, et il mesure la vitesse à laquelle la particule va et la difficulté à s'arrêter. Cette équation indique que les particules très rapides ont plus d'énergie, elles sont donc différentes des particules lentes. Vous pouvez prendre la racine carrée de chaque côté de cette équation, puisque les deux côtés sont égaux. Cependant, toute racine carrée réelle a deux réponses, E = + m 2 c 4 + p → 2 c 2 {\displaystyle E=+{\sqrt {m^{2}c^{4}+{\vec {p}}^{2}c^{2}}}} et E = - m 2 c 4 + p → 2 c 2 {\displaystyle E=-{\sqrt {m^{2}c^{4}+{\vec {p}}^{2}c^{2}}}} . On peut penser que la réponse à l'énergie négative est l'antimatière.

La raison pour laquelle il est important de comprendre l'antimatière est que les scientifiques ont découvert que lorsque la matière et l'antimatière se touchent, la quantité d'énergie libérée est très proche de la quantité d'énergie E = m c 2 {\displaystyle E=mc^{2}} qui, selon eux, devrait être réunie en deux morceaux. La raison en est que chaque particule de matière, lorsqu'elle touche son antiparticule dans le monde de l'antimatière, se transforme en énergie pure, ou s'annihile. Cette libération d'une si grande quantité d'énergie est la raison pour laquelle de nombreux auteurs de science-fiction utilisent l'antimatière comme combustible dans leurs histoires. Par exemple, l'auteur Dan Brown utilise l'antimatière dans "Anges et Démons" comme une arme très puissante. Elle est également considérée comme une source de combustible pour les futures missions dans l'espace.

Où se trouve toute l'antimatière ?

De nombreux scientifiques pensent que dans les premiers instants après le Big Bang, qui a créé l'univers il y a très longtemps, la matière et l'antimatière se sont mélangées. Si le Big Bang a produit des quantités égales de matière et d'antimatière, les deux s'annihilent et deviennent de l'énergie. Au bout d'un certain temps, il ne resterait plus ni matière ni antimatière, mais seulement de l'énergie. Mais aujourd'hui, notre univers semble être composé de presque toute la matière et presque pas d'antimatière. Les physiciens ne savent pas encore avec certitude que des quantités égales de matière et d'antimatière ont été créées, et pour cette raison, ils se demandent également où l'antimatière est allée, et s'il en restait depuis le début de l'univers.

Une explication est qu'il y avait juste un peu plus de matière que d'antimatière au début, de sorte que ce qui restait après l'annihilation de la majeure partie de la matière et de l'antimatière en énergie est devenu l'univers à majorité de matière que nous voyons aujourd'hui. Une autre théorie est qu'il y a beaucoup d'antimatière de l'autre côté de l'univers, cachée bien au-delà de notre vision. Elles auraient pu former leurs propres galaxies et systèmes solaires également.

Utilise

Parce que l'antimatière peut produire tant d'énergie, elle peut être utilisée pour beaucoup de choses, comme le carburant pour aller dans l'espace, ou dans nos voitures. Le problème est que l'antimatière est très chère à fabriquer et presque aussi chère à stocker, car elle ne peut pas toucher la matière ordinaire. Il faut plusieurs centaines de millions de dollars pour fabriquer moins d'un millionième de gramme d'antimatière. En fait, c'est la substance la plus chère et la plus rare sur Terre. Comme elle est si chère, cela signifie que l'antimatière n'est pas pratique à utiliser comme arme ou comme source d'énergie, car on peut en obtenir si peu.

Récemment, cependant, les scientifiques ont piégé de l'antimatière pendant plus de 16 minutes (1000 sec. au total).

Il a une utilité en médecine, car un type spécial de scanner appelé TEP, qui signifie tomographie par émission de positrons, utilise des positrons pour pénétrer dans le corps humain. Les médecins peuvent observer la façon dont le positron se transforme en énergie dans le corps d'une personne et être en mesure de dire si quelque chose ne va pas à l'intérieur d'une personne. Ce type d'appareil fonctionne différemment d'un appareil à rayons X ou d'un appareil d'imagerie par résonance magnétique (IRM), et peut aider les médecins à voir des choses que ces autres appareils ne peuvent pas voir.