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TPE Antimatière

Voir plus : http://antimatiere.space/
by

Grandin Antoine

on 23 April 2018

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Transcript of TPE Antimatière


En quoi la découverte de l'antimatière peut-elle être source de progrès pour la société ?
De nos jours, l’antimatière est considérée comme un élément appartenant aux films de science-fiction. Cependant, pour les scientifiques d'aujourd'hui, l’antimatière est un concept clef de l’évolution.

Une particule d’antimatière, ou antiparticule, est une particule qui a certains points en commun avec la matière tel que sa masse ou son spin (mouvement sur lui-même du noyau de l’atome). Néanmoins, les autres nombres quantiques de l'antimatière sont différents de ceux de la matière : la charge électrique ou encore son nombre barionique (nombre de quarks).
Ces différentes propriétés et ses différences vis-à-vis de l'antimatière peuvent nous amener à nous poser la question suivante :

En quoi la découverte théorique de l’antimatière peut-elle être de source de progrès pour la société ?
Introduction
I - La découverte inattendue de l'antimatière
1 - Une découverte théorique
2 - Une découverte expérimentale
3 - Peut-on trouver de l'antimatière ?
4 - Pourquoi en trouvons nous si peu ?

II - Ses propriétés et ses applications
1 - Ses propriétés physiques
2 - Les différences entre la matière et l'antimatière
3 - Ses diverses applications

III - Sa production et son stockage
1 - On sait créer de l'antimatière...
2 - ...on sait stocker cette substance...
3 - ...mais à quel prix ?
Paul Dirac a découvert l’antimatière de manière inattendue.
Les applications de cette découverte sont nombreuses et bénéfiques grâce à ses propriétés, cependant ses utilisations sont limitées en raison de problèmes de production et de stockage.


III - Sa production et son stockage
Conclusion

La découverte théorique de l'antimatière en 1928 par Paul Dirac grâce à l'équation qui porte son nom, ouvre les portes d'une nouvelle science.

L'antimatière, potentielle source d'énergie propre, pourrait être utilisée dans beaucoup de domaines comme la médecine, l'armement ou les moyens de propulsion.

Cependant, la difficulté de créer de l'antimatière en grande quantité et de la stocker limite fortement son utilisation aujourd'hui.

Néanmoins, on peut dire que l'humanité a montré jusqu'à présent que les limites liées à des problèmes d'ingénierie ont toujours été dépassés.

L'antimatière pourra donc être une source de progrès immense d'ici quelques années.

De plus, il est probable que dans un avenir proche, une fois de plus, des considérations tirées de recherches théoriques pures aient des répercussions technologiques déterminantes pour toute la société.

C’est en 1928 que le mathématicien britannique Paul Dirac, grâce aux travaux d’autres scientifiques sur la physique quantique comme Pauli, met au point l’équation qui portera son nom. Cette équation révèle l'existence d’un électron chargé positivement, un antiélectron, qu’il nomme positon.







Il mit donc en évidence le fait que pour chaque atome, chaque particule qui compose notre univers, il en existe une autre de même masse, mais opposée en charges , une sorte de particule "miroir".
Il recevra un prix Nobel en 1933 pour cette découverte.


C’est en 1932 que la découverte de Paul Dirac a prit tout son sens. En effet, Carl David Anderson, un physicien américain, met en évidence l’existence du positon lors d’une expérience sur les rayons cosmiques avec une chambre à brouillard:

L'expérience de la chambre à brouillard
Évidemment, ce ne sont, pour l’instant, que des théories. Seul l'avenir confirmera on infirmera l'une ou l'autre.
1 - Une découverte théorique : Paul Dirac
1932
1928
2011
2012
2016
1958
I - La découverte inattendue
Ce processus, consiste à introduire dans une cuve en verre étanche une atmosphère saturée de vapeur à pression ambiante (soit 1 atm) ainsi que de la vapeur d’alcool. On envoie ensuite des rayons cosmiques composés de certaines particules, notamment des positons et des neutrinos.

Ces particules laissent une trace : une ligne de gouttelettes présente dans le brouillard de la cuve permet de mettre en évidence l’existence de particules chargées positivement et de masse égale aux électrons : ce sont les positons.








Grâce à cette expérience, Carl David Anderson a conforté l'hypothèse de Paul Dirac, à savoir l'existence d'antiparticules de matière. Cependant il fera d'autres recherches expérimentales afin de conforter sa découverte. Lors d'une expérience, il bombarda des matériaux de rayons gammas issus d’atomes de thallium (radioactif naturel) créant ainsi des paires d’électrons-positons.

Ces positons, pourtant difficilement observables puisqu’ils se désintègrent extrêmement rapidement après leur création, furent la première preuve expérimentale de l’équation de Dirac. En 1936, il reçu la moitié du prix Nobel de Physique avec Paul Dirac pour sa découverte expérimentale du positon.

2 - La découverte expérimentale : Carl David Anderson
3 - On en trouve dans l'atmosphère...
6 - ...mais en très petite quantité !
Une couche d’antiprotons autour de la Terre a d’ailleurs été mise en évidence lors d’études scientifiques.
Grâce à des connaissances plus approfondies dans le sujet et des technologies plus développées, on a découvert d'où provenaient ces antiparticules.


Or l’antimatière ne disparaît pas instantanément sachant qu’elle doit se trouver en contact avec une particule de matière pour s’annihiler d'où le fait qu’on puisse en détecter.
Cette réserve de 28 antiprotons est considérée comme une source incroyable d’antimatière et la plus importante jamais observée aussi près de la Terre à ce jour.
Zone de la ceinture de Van Allen où l'on observe des antiprotons
4 - ...on en trouve dans les orages...
5 - ...on en trouve dans les étoiles...
Ainsi donc, le télescope de la NASA peut observer les signatures énergétiques produites par ce phénomène.
D’après Michael Briggs, membre de l’équipe du
Fermi Gamma-ray Burst Monitor
à l’Université de l’Alabama, “ces signaux sont la première preuve directe que les orages créent des faisceaux de particules d’antimatière”.
Ainsi la NASA en utilisant le FGST (Télescope Spatial à rayons Gammas Fermi) a observé d’autres orages et certifié que ceux-ci produisaient de l’antimatière.

De nombreuses sources stipulent que de l’antimatière serait présente dans des orages violents.

Effectivement, en 2011, les chercheurs ont fait une autre découverte majeure pouvant révolutionner notre compréhension de l’antimatière.

Jusqu’à présent on pensait que l’antimatière provenait de phénomènes cosmiques, mais on a par hasard découvert des nuages d’antimatière projetés vers l’espace depuis la Terre et ayant pour origine de violents orages. Ce phénomène nouveau a été découvert de façon fortuite lors d’une observation au télescope.

Ce phénomène singulier a rendu nombre de scientifiques intéressés à ce sujet.
Une autre source connue d’antimatière serait la supernova. Les supernovae correspondent “à la mort” d’une étoile.
Dans un article du magazine
Pour La Science
, “Super-supernovae” de 2012, l’auteur explique que lui et son équipe de chercheurs se sont intéressés à des supernovae particulièrement violentes.

Il est tout d’abord dit que les chercheurs ont découvert pour la première fois des étoiles hypermassives en fin de vie de plus de 100 masses solaires ce qui semblait invraisemblable jusqu’alors.
De plus, les chercheurs ont été interpellés par la découverte de nuages de nature inconnue à la place des supernovae alors que normalement, l’effondrement sur elles-mêmes de ces étoiles devrait laisser d’autres traces plus communes tels que des trous noirs ou des étoiles à neutrons.
Les étoiles hypermassives deviennent des supernovae à production de paires contrairement aux plus petites étoiles qui ne produisent pas de paires d’éléctron-positon.
Une théorie datant de 1960 sur la supernova par production de paires avait été émise mais jamais prouvée.

Il est désormais évident que cette supernova existe belle et bien.

En effet, les chercheurs ont découvert dans les nuages présents à la place des étoiles hypermassives, des paires d’électrons-positons créées par la scission d’un photon grâce à l’énergie incroyable libérée par les photons présents à cet instant selon la fameuse équation d’Einstein : E=m.c².
On peut alors se poser cette question : pourquoi notre monde est-il fait de matière et non d’antimatière si les deux sont indiscernables ?
Une théorie prône que lors de l’explosion du Big Bang, une asymétrie entre matière et antimatière existait et que c’est la matière qui était présente en plus grande quantité.

Par conséquent, lors du Big Bang, la matière et l’antimatière se sont annihilées ne laissant qu’une infime partie d’antimatière, celle qu’on peut trouver aujourd’hui.

A noter, qu’au départ l’asymétrie des deux était très légère, laissant donc supposer que toute la matière que l’on perçoit maintenant n’est qu’une minime partie de celle présente au commencement.

Une autre théorie suppose que la création de l’univers est liée à la création d’un anti-univers similaire au notre en tout point, et serait composé lui d’anti-particules. Autrement dis cette théorie prône l’existence d’un univers parallèle au notre.
Notre Monde est (presque) uniquement composé de matière.
En effet on peut aussi y trouver de l’antimatière, mais seulement en quantité infime, puisque la présence des deux conduirait à des annihilations violentes.
C’est le cas en 1958, des scientifiques russes et italiens découvrirent la ceinture de Van Allen, une zone de la magnétosphère de la Terre, où ils observèrent qu’elle contenait des antiprotons.
En revanche, des positons ont été découverts dans l'atmosphère, ce qui signifie qu’au moins une petite quantité d’antimatière existe autour de nous.
Ainsi, les antiprotons contenus dans la ceinture de Van Allen résultaient de la rencontre entre les rayons cosmiques de l’univers (de différentes origines) et la couche de la haute atmosphère.
Les chercheurs se sont donc penchés sur cette découverte et d’après une étude faite sur 850 jours, entre juillet 2006 et décembre 2008, on détecta 28 antiprotons, soit une quantité astronomique d’antimatière trouvé à “l’état naturel”.
Restes d'explosion de supernova
Cet engin pourrait emmener quelques personnes vers Mars et revenir sur Terre en 120 jours seulement, en consommant 140 nanogrammes d’anti-protons (qui pourraient être produits en 1 an au CERN par exemple) et 360 tonnes de micro bombes à hydrogène. Les bombes seraient explosées, une par une, grâce à des antiprotons.

Il faudrait donc un blindage énorme pour le vaisseau : plusieurs couches de matériaux qui formeraient en tout une couche de 8 mètres de blindage. Ce vaisseau aurait une masse de 625 tonnes et pourrait embarquer jusqu’à 82 tonnes supplémentaires.

On pourrait donc transporter un vaisseau d’exploration de Mars (lander mars) et plusieurs véhicules d’exploration ainsi que tout le matériel utile pour une mission d’exploration. Ainsi, on peut envisager le lancement d’une mission d’exploration sur Mars grâce à l’antimatière d’ici quelques années car il reste quelques problèmes d’ingénierie telle que la production en quantité suffisante d’antimatière.

Cependant l'humanité a montré jusqu'à présent, que les exploits de l'ingénierie (qui ne sont pas expressément interdits par les lois de la physique) seront atteints.
On pourrait aussi appliquer cette énergie au domaine militaire, sachant qu’une antiparticule et son atome s’annihilent, on pourrait développer ce processus pour créer des armes dévastatrices. Ainsi l’antimatière permettrait de grandes avancées mais il faut contrôler son utilisation :
en étant mal contrôlée, elle amènerait à de grands désastres.
Si cette expérience est concluante, la "thérapie d'antiprotons" pourrait éventuellement être mise en place dans quelques années afin de pouvoir soigner des cancers difficiles d’accès tout en irradiant encore moins les cellules saines autour des tumeurs.
Et si l’antimatière rentrait en jeu dans les radiothérapies ?

Des recherches sont actuellement en cours au CERN à Genève sur la possibilité d’utiliser de l’antimatière, des antiprotons plus exactement, pour traiter les cancers. Cette expérience appelée ACE pour Antiproton Cell Experiment, étudie comment l’antimatière peut détruire les cellules cancéreuses par annihilation entre matière et antimatière. Le principe de cette expérience est de bombarder des cellules vivantes de hamsters avec des protons puis avec des antiprotons, afin d'effectuer une comparaison. Il apparaît que l'énergie produite par les antiprotons permet de détruire autant de cellules cancéreuses tout en diminuant significativement le nombre de cellules saines touchées
La radiothérapie consiste à tuer les cellules cancéreuses d’un patient au moyen de radiations. L’idée de la radiothérapie consiste à exploiter le fait que les radiations peuvent détruire les cellules. La difficulté est alors de détruire uniquement les cellules cancéreuses pour empêcher leur reproduction sans toucher aux cellules saines de manière à éradiquer la maladie sans dommages collatéraux.

La radiothérapie
Les données sont ensuite reconstituées par un système informatique qui va permettre d’obtenir une image en trois dimensions et en couleur. Et ainsi permettre à la caméra TEP de localiser les lieux d’émission. Elle est utilisée pour voir l’état d’un traitement d’un malade ou dans la détection de maladies comme le cancer.
La tomographie
Le “Beamed Core Antimatter Drive”
Le même problème subsiste néanmoins. C'est à dire le fait que ce moyen de propulsion nécessite d'énormes quantités d'antimatière. Or on ne peut fabriquer la quantité d'antimatière requise pour ce vaisseau [voir partie III].

En dépit de ces problèmes, ce vaisseau semble un moyen très prometteur pour se rendre dans d'autres systèmes stellaires car il permettrait de voyager approximativement à la vitesse de la lumière.
Évidement, c’est une technologie qui devra attendre encore de nombreuses années avant d’être entièrement au point.
C'est un autre vaisseau spatial propulsé grâce à l’antimatière. Voici son mode de fonctionnement : des protons et des antiprotons sont injectés dans le réacteur, où ils entrent en collision, s’annihilent et produisent une multitude de pions (particule qui joue un rôle important dans la cohésion du noyau). Les pions se décomposent presque immédiatement en rayons gamma.

Ces rayons gamma devront être arrêtés par une sorte de blindage de haute densité. Les pions, après avoir parcouru une distance de 21 mètres en 70 nanosecondes, se désintègrent en muons et neutrinos. Les muons se déplacent de 1,85 kilomètres en 6,2 microsecondes (99,5% de la vitesse de la lumière) avant de se désintégrer en électrons et des positons. Comme vous le savez peut-être, la performance d'une fusée est principalement limitée par la vitesse d'échappement de son combustible. Les électrons et positons auraient une vitesse d' échappement très proche de la vitesse de la lumière qui est de 299 792 458 m.s-1.

Ici, le vaisseau nommé « ICAN-II ».
Certaines universités ont repris ce projet pour tenter d’apporter des solutions. Voici 2 projets de l’université de Penn States (Etats-Unis).
Voici une modélisation du vaisseau imaginé par la NASA :
Les utilisations dans
la médecine
Les moyens de propulsion
La NASA a réalisée une étude sur l’antimatière pour savoir si elle pourrait être utilisée comme moyen de propulsion et, si oui, de quelle façon.
Elle pense qu’un vaisseau spatial aurait besoin de 4mg d’antimatière pour un aller simple sur mars. Nous sommes actuellement capables de produire moins 10 ng d’antimatière par an. Une telle quantité à produire est par conséquent inimaginable pour l’instant !
Pour propulser un vaisseau, on utiliserait un laser extrêmement puissant afin de bombarder de l’or, les électrons arrachés aux atomes seraient accélérés par le faisceau laser avant d’être freinés par le champ électrostatique des noyaux d’or.

Il en résulte alors des rayonnements gamma. L'énergie de ces rayons est telle que des paires d’électron-positon apparaissent au voisinage des noyaux.
On aurait donc, ici, un moyen de propulsion de véhicules spatiaux fonctionnant grâce à de l’antimatière produit sur le moment en utilisant seulement un laser très puissant et une feuille d’or épaisse d’1 mm.
II - Ses propriétés et ses applications
Stockage
Production
Les scientifiques ont décrété que l’antimatière présente dans ces orages est due à un phénomène appelé flash de rayons gammas produit par la foudre.
Ce phénomène consiste en la rencontre entre des électrons ayant atteint une vitesse très proche de celle de la lumière et leurs antiparticules, c’est à dire les positons.
Lors de cette collision, naturellement les deux particules s'annihilent et forme des rayons gammas.
Par la suite, ces rayons gamma se dirigent à une vitesse proche de celle de la lumière vers le haut de l’orage.
Entre temps, les rayons gamma se sont en réalité entrechoqués avec les électrons présent en quantité extrêmement élevée dans le champ magnétique de l’orage qui les contient.
Lors de cette ascension, les rayons gamma passent à proximité de noyaux atomiques, cela ayant pour effet de scinder le flash de rayons gamma en une paire électron-positon.
A partir de ce moment particulier du processus, les particules sont projetées dans l’espace et rejoignent le champ magnétique terrestre.
Les étoiles de plus de 100 masses solaires continuent les transformations et fusionnent l’oxygène en silicium puis le silicium en fer, et enfin elles “meurent” en formant de magnifiques supernovaes.
Ces différentes fusions servent à produire l'énergie qui permet à l’étoile de vivre. Après ces réactions, les petites étoiles tel que le soleil, ne chauffent plus assez pour poursuivre d’autres transformations, elles s'éteignent alors à petit feu.
Pour rappel, une étoile fusionne les éléments légers en commençant par l’hydrogène, l’hélium, puis le carbone et finit par produire de l’oxygène.
Le Saviez-vous ?

On parle ici de kilogrammes équivalent pétrole (kep)

1 kilogramme équivalent pétrole = 1kep
1 kg de bois (par combustion) = 0,3 kep
1 kg de charbon (par combustion) = 0,7 kep
1 kg de fioul (par combustion) = 0,95 kep
1 kg d’essence (par combustion) = 1,05 kep
1 kg d’uranium naturel (par fission nucléaire) = 10 000 kep
1 kg de Deutérium-Tritium (par fusion thermonucléaire) = 15 millions de kep
1 kg d’antimatière (par annihilation matière-antimatière) = 2 milliards de kep

En effet, elle pourrait être employée pour des opérations nécessitant une puissance particulière ou nécessitant une caractéristique qui se trouverait uniquement chez l’ antimatière.
Quand une annihilation électron-positon se produit, il peut se créer 3 photons, ou une paire de photons.

Le second cas est le plus probable.

Ils possèdent alors une énergie 511 keV, soit autant qu'un électron.

eV : électron-volt. 511 keV = 8.2 x 10e-14 J

Quantité de roduction : 1 à 10 ng par an.
Le Saviez-Vous ?

Lors de la collision entre Matière et Antimatière, toute la masse est convertie en énergie

Les utilisations dans les armes
L’ antimatière peut-être employée pour de multiples usages ce qui fait d’elle un élément intéressant pour l'avenir.
La tomographie par émission (TEP) de positons permet de voir et de mesurer, en trois dimensions, les activités d’un organe grâce aux émissions produites par les positons, issues de la dégradation de molécules radioactives injectées au préalable, qu’on appelle traceurs. Ces molécules traceuses se déplacent dans le système sanguin du patient.
Les molécules traceuses vont se désintégrer et produire des positons qui vont ensuite s’ annihiler avec un électron. Cette annihilation va produire deux photons gamma de même direction mais de sens opposé. Ces photons gamma d’annihilation sont ensuite détectés par les capteurs de la caméra TEP.
Elles réagissent dans l'organisme comme le glucose: elles forment donc des zones de forte concentration aux endroits où le glucose est consommé.
Lorsque matière et antimatière d’une même particule se rencontrent, ils s’annihilent et libèrent ainsi de l’énergie.
Supposons maintenant que l’on puisse créer cette énergie de manière quasiment infinie, on pourrait alors l’appliquer à divers domaines. Tout d’abord la propulsion, l'énergie créée à partir de l’annihilation matière-antimatière permettrait de résoudre l’un des défis majeurs d’aujourd’hui, c’est à dire le problème de la disparition du pétrole et de la pollution qu’il entraîne, ainsi que la recherche d'énergies renouvelables.
En effet, on pourrait révolutionner les transports mais en plus de cela on pourrait aussi améliorer la puissance des fusées et des sondes pour permettre de diminuer, par exemple la durée d’un voyage stellaire ou de faire de nouvelles découvertes qui, comme l’antimatière, révolutionneraient nos connaissances et notre mode de vie.
💘
Évidement, au vu des propriétés de l'antimatière :
si la production de cette dernière deviens rapide et beaucoup moins coûteuse,
on pourrait même envisager une nouvelle source d'énergie.
Des réacteurs Antimatieres !
L' annihilation entre deux pièces (antimatière/Matière) permettrait à la France, par exemple, une demi-journée d'énergie.
Autrement dit, finit les réacteurs nucléaires et autres sources d'énergie gênantes ou coûteuses.

Une source énergie ?
Fabriquer de l'antihydrogène
Piéger l'antimatière au CERN
En juin 2011, des scientifiques ont annoncés qu'ils avaient réussi à piéger des atomes d'antimatière pendant 16 minutes. À l’échelle atomique, c’est une durée de vie très longue, qui a permis de commencer à étudier en détail les propriétés de ces antiatomes.

Par des comparaisons précises entre hydrogène et antihydrogène, plusieurs équipes espèrent arriver à étudier les propriétés de l'antihydrogène, et notamment à déterminer si celui-ci présente les mêmes raies spectrales que l’hydrogène.










Plus les expériences pourront piéger longtemps l’antihydrogène, plus les mesures seront précises, ce qui permettra aux physiciens de mieux explorer les mystères de l'antimatière.
Création d'antimatière
Son coût de production est extrêmement élevé et écarte ainsi toute production en grande quantité à l’heure actuelle.
Il faut savoir que la quantité d'énergie nécessaire à la création d'antimatière est 1 milliard de fois plus importante que celle finalement contenue dans sa masse. Grâce à l'équation E = m.c², on sait qu'1 g d'antimatière contient :


0,001 kg x (300 000 000 m/s)2 = 90 000 GJ = 25 millions de kWh


En prenant en compte la faible efficacité de production, 25 millions de milliards de kWh seraient nécessaires pour obtenir un seul gramme.Autrement dis le montant total d’un gramme d’antimatière s’élève a plus de 45 300 milliards d’euros.Ce coût astronomique est expliqué par la difficultés a produire ne serait-ce qu’un anti-atome :

Energie
Par radioactivité beta+ ...

La radioactivité ß+ émet un positon et un neutrino lorsque des noyaux riches en protons se désintègrent.

De l’antimatière est ainsi créée lors de la désintégration puisque le positon est une particule d’antimatière.

C'est ce qu'on peut voir lors de la désintégration de l’atome radioactif de Phosphore 30 :
... ou par collision de haute énergie
Pour créer un anti-atome, on utilise la radioactivité.
La radioactivité désigne l'ensemble des processus par lesquels un noyau atomique peut se transformer en un autre, en émettant des particules. La radioactivité ß+, émission d'un positon (et d'un neutrino). Ceci concerne les noyaux riches en protons. De l'antimatière (des positons) est donc créée à chaque fois que les noyaux sensibles à la radioactivité ß+ se désintègrent.

Lorsqu'une particule subit un choc avec une autre particule, une partie de l'énergie du choc peut se convertir en masse, c'est un des contenus de la fameuse formule E=mc².

Cette masse, ce sont des particules et des antiparticules, qui peuvent être émises dans des directions différentes, si bien qu'elles ne se ré-annihilent pas sitôt formées.

Pour que cela puisse se produire, il faut que l'énergie mise en jeu lors de ce choc soit supérieure à l'énergie de masse des particules/antiparticules créées.

Il faut donc beaucoup moins d'énergie pour créer une paire électron-positon qu'une paire proton-antiproton, la première ayant une masse environ 2000 fois plus faible que la seconde.

En pratique, ce sont uniquement les phénomènes extrêmement violents qui permettent une telle création d'antimatière.
Les astronomes cherchent de l’antimatière dans l’espace, mais cette antimatière est difficile à trouver. C’est pourquoi, afin de l’étudier, les physiciens doivent la fabriquer eux-mêmes. Mais comme la mise en présence d’antimatière et de matière ordinaire aboutit à l'annihilation des deux son stockage n'est pas facile.
L’atome le plus simple, l’hydrogène,
a un équivalent en antimatière,
l’atome d’antihydrogène. De charge nulle, il est constitué d’un positon (chargé positivement) associé à un antiproton (chargé négativement).
En 1995, les physiciens du CERN annonçaient qu’ils avaient réussi à fabriquer les premiers atomes d’antihydrogène.

Ces antiparticules étaient fortement énergétiques, chacune parcourant 10 m à une vitesse proche de la vitesse de la lumière, puis s’annihilant au contact de la matière ordinaire après un intervalle d’environ 40 milliardièmes de seconde.

Réussir à fabriquer de l’antihydrogène était une grande avancée, mais les atomes produits étaient trop énergétiques (trop « chauds »), ce qui les rendait très difficiles à étudier.
Afin de pouvoir mieux comprendre les atomes d’antimatière, les physiciens du CERN ont besoin de disposer de plus de temps pour interagir avec eux.

C’est pourquoi ils ont mis au point des techniques permettant de capturer et de piéger l’antihydrogène pour des périodes plus longues.

Le Décélérateur d’antiprotons installé au CERN à la fin des années 1990 a commencé à produire des antiprotons de plus faible énergie, moins agités, pour les différentes expériences ayant pour but d'étudier l'antimatière.
Dans ces expériences, des champs électriques et magnétiques maintiennent les antiprotons séparés des positons, dans un vide presque parfait, qui les tient à l’écart de la matière ordinaire.

Les antiprotons passent à travers un gaz d’électrons dense, qui les ralentit encore.
Lorsque l’énergie est suffisamment basse, les physiciens utilisent des décharges électriques pour pousser les antiprotons dans un nuage de positons maintenus dans le vide.

Les deux types d'antiparticules chargées se combinent en atomes d'antihydrogène de basse énergie. Comme les atomes d’antihydrogène n’ont pas de charge électrique, le champ électrique ne peut plus les maintenir en place.

On utilise donc deux aimants supraconducteurs produisant un fort champ magnétique qui tire parti des propriétés magnétiques de l’antihydogène.

Si les atomes d’antihydrogène ont une énergie suffisamment basse, ils peuvent rester dans cette «bouteille» magnétique pendant longtemps.
Actuellement, la seule façon de savoir si on a effectivement piégé de l’antimatière est de laisser celle-ci s’annihiler avec de la matière.
Lorsque les aimants sont désactivés, les atomes d’antihydrogène s’échappent du piège et s’annihilent rapidement avec les parois du piège.

Des détecteurs au silicium enregistrent le dégagement d’énergie, permettant d'établir précisément la position de l’antiatome quand il est annihilé. Ce n’est qu’à ce moment-là que les physiciens peuvent être sûrs qu’ils ont piégé un atome d’antihydrogène.
Il est possible de stocker des particules d’antimatière chargées, telles que les antiprotons, en utilisant des pièges électromagnétiques qui maintiennent les particules à l’intérieur d’un champ magnétique de manière à ce qu'elles ne s'annihilent pas au contact d'autres particules. Ce type de piège permettent de retenir jusqu'à environ 1000 antiparticules de même charge.

Cependant, les particules de même charge se repoussent. C’est pourquoi plus le nombre de particules retenues par un piège est élevé, plus la quantité d’énergie nécessaire pour alimenter le champ magnétique qui les confine est importante. Il n’est pas possible à l’heure actuelle de stocker une grosse quantité d'antiprotons.
En ce qui concerne les antiparticules neutres ou les antiatomes, c'est encore plus complexe. Il est impossible d’utiliser un champ électrique ou magnétique constants pour stocker l’antimatière neutre car ces champs n'ont aucun effet sur ces particules. Les scientifiques travaillent actuellement sur la possibilité d’utiliser des « bouteilles magnétiques » (qui utilisent des champs magnétiques non homogènes agissant sur le moment magnétique), ou des « pièges optiques » (avec lasers) mais ces dispositifs sont toujours en phase de développement.

Les difficultés ne s'arrêtent pas là puisqu’une fois l’antimatière créée il faut pouvoir la stocker. Or, pour cela il faut tout un complexe assez spécial pour réussir à la contenir. (Pour rappel l'antimatière ne peut rentrer en contact avec n’importe quelle source de matière).
Pour que cette collision donne un résultat, il faut que l’énergie de départ soit supérieure à l’énergie de masse des particules crées. Par conséquent, il nous est plus simple de créer une paire électron-positron plutôt qu'une paire proton-antiproton.
Il faut environ 1 million de collisions pour créer un couple particule/antiparticule.
Création d'une paire électron-positon par convention de l'énergie d'un photon incident
Le CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire) est l’un des plus grands laboratoires scientifiques du monde, et il contient le plus grand accélérateur de particules au monde. Il a pour objectif d'étudier la physique fondamentale, les constituants et des lois de l’Univers, ainsi que ses origines. Il utilise des instruments scientifiques très complexes pour sonder les constituants ultimes de la matière : les
particules fondamentales
. En étudiant ce qui se passe lorsque ces particules entrent en collision, les physiciens appréhendent les lois de la Nature.

Les instruments utilisés au CERN sont des accélérateurs et des détecteurs de particules. Les accélérateurs portent des faisceaux de particules à des vitesses très élevées pour les faire entrer en collision avec d'autres faisceaux ou simplement avec des cibles fixes. Les détecteurs ont un rôle complémentaire : ils observent et enregistrent le résultat de ces collisions.

Fondé en 1954, le CERN se situe sur la frontière franco-suisse, près de Genève. Il a été l’une des premières organisations à l'échelle européenne et compte aujourd’hui vingt et un États membres.
Pour visiter le LHC, vous pouvez vous rendre à cette adresse :

http://bit.ly/1PdNwOw
L’antimatière peut aussi être crée par collision de deux particules de matière. Lorsque nous projetons deux particules l’une contre l’autre, la collision produit de l’énergie qui se transforme ensuite en masse.
Nous pouvons calculer cette masse grâce à l’équation E=mc². La nouvelle masse issue de cette collision est de l’antimatière.
PLAN
Le CERN
Image tirée du film "Ange et Démon" de
Ron Howard
Image tirée du film Ange et Démon de Ron Howard
Dès qu'une nouvelle forme d'énergie est découverte, la réflexion sur ses possibles utilisations dans le domaine millitaire est inévitable. En ce qui concerne l'antimatière, nous sommes encore à un stade trop précoce de son étude pour pouvoir envisager de tels usages.

A l'heure actuelle, seul 20 nanogrammes d'antimatière ont été produits au CERN, ce qui équivaut à une charge d'environ 1kg de TNT. Cela met en évidence que le rapport quantité/énergie de l'antimatière est extraordinaire, mais cela reste trop peu pour que l'antimatière puisse être intéressante dans un cadre millitaire.

Cependant, si l'antimatière venait à être produite en quantité suffisante et à un prix bien inférieur, les pays qui pourraient disposer de ce genre d'armement représenteraient un danger considérable pour l'humanité.
Pour prendre un exemple, on retrouve sur Internet une "théorie du complot" qui avance que les États-Unis travaillent sur l'antimatière depuis les années 70. Il auraient ainsi réussi à maîtriser l'antimatière et auraient effectués des tests de bombes à anti-particules sur le soleil et Jupiter.

Cette théorie alimente la vison des Etats-Unis comme le pays tout-puissant, détenteur d'un type d'armement nouveau, unique et surpuissant.
FAUX !
Il suffit de réfléchir quelques instants sur cette théorie pour déceler des éléments n'ayant aucun sens :
Les seuls endroits sur Terre où l'on peut créer de l'antimatière sont les accélérateurs de particules. Le plus grand est le LHC, présent au CERN. Le deuxième plus grand était le Tevatron, qui a fermé en 2010 à cause de la trop forte concurrence avec le CERN. Comment les USA pourraient ils produire des milliers de fois plus que ce qui ce fait eu CERN actuellement ?
À l'heure actuelle, l'Homme n'a réussi à produire que 20 nanogrammes d'antimatière, ce qui est bien trop peu pour un usage militaire.
Pour éviter tout contact avec de la matière et ainsi éviter toute annihilation, l'antimatière doit être stocké en lévitation dans le vide, ce qui a été réalisé pour la première fois en CERN en 2010 avec le piège de Penning. Comment réaliser une bombe si on ne peut pas stocker son constituant principal ?
La théorie stipule que des essais de bombes auraient été effectués sur le Soleil puis sur Jupiter, provoquant des explosions d'une taille sans précédent. Cependant, aucun observatoire sur Terre n'aurait remarqué quoi que ce soit ?...
Les théories du complot
Exemple d'une fausse théorie
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