Les physiciens pourraient avoir trouvé comment transporter l’antimatière en toute sécurité

Des physiciens ont réalisé une percée majeure dans le transport de l’antimatière, en réussissant un essai à blanc en utilisant d’autres particules subatomiques.

C’est la première fois que des particules libres sont transportées de cette manière, et cela ouvre la voie à une méthode d’expédition de l’antimatière du CERN vers des installations qui peuvent l’étudier avec une précision encore plus grande.

L’antimatière ne voyage pas bien – après tout, elle a tendance à simplement s’annihiler dans n’importe quel conteneur où vous la placez. Mais les scientifiques du CERN ont développé un piège spécialisé qu’ils appellent BASE-STEP, qui pourrait contenir et transporter cette étrange matière.

Fin octobre, l’équipe a démontré que BASE-STEP fonctionne comme prévu, en chargeant 70 protons non liés dans le piège, en le chargeant sur un camion et en le conduisant à travers le site principal du CERN. Heureusement, la cargaison fragile a survécu au court voyage.

« Si vous pouvez le faire avec des protons, cela fonctionnera aussi avec des antiprotons », déclare Christian Smorra, physicien au CERN et responsable de BASE-STEP. « La seule différence est que vous avez besoin d’une chambre à vide beaucoup meilleure pour les antiprotons. »

Le piège BASE-STEP (en haut) est descendu par une grue sur un camion pour l’expérience. (CERN)

L’antimatière est en quelque sorte le « jumeau maléfique » de la matière ordinaire – la principale différence est qu’une particule et son antiparticule ont une charge opposée. Cela semble simple, mais les ramifications sont énormes. Si les particules d’antimatière touchent celles de la matière normale, même l’air, elles s’annihilent dans un éclat d’énergie.

En conséquence, l’antimatière a généralement une existence éphémère, ce qui signifie qu’elle est difficile à fabriquer et encore plus difficile à étudier. Le Décélérateur d’Antiprotons (AD) du CERN est l’un des rares endroits sur Terre qui peut créer de l’antimatière de manière constante, et elle est ensuite alimentée dans une série d’expériences voisines qui l’examinent de différentes manières.

Pour stocker la matière suffisamment longtemps pour l’étudier, l’antimatière doit être suspendue dans un champ électromagnétique pour l’empêcher de toucher les parois. L’expérience BASE fait exactement cela, et elle peut stocker des particules d’antimatière pendant plus d’un an. Cependant, il n’y a qu’un nombre limité d’expériences qui peuvent être réalisées sur place.

« L’équipement d’accélérateur dans le hall AD génère des fluctuations de champ magnétique qui limitent la précision de nos mesures », explique Stefan Ulmer, physicien des particules au CERN.

« Si nous voulons obtenir une compréhension encore plus profonde des propriétés fondamentales des antiprotons, nous devons nous déplacer. »

C’est pourquoi le CERN a construit BASE-STEP, une version plus petite et portable de 1,9 mètre de long, soit un cinquième de la taille de BASE. Il est conçu pour protéger les antiparticules des chocs et des secousses que l’on peut attendre lors d’un voyage en voiture, et pour ce faire, il y a beaucoup d’équipement entassé dans ce petit espace.

BASE-STEP contient une chambre à vide pour contenir les antiparticules, un aimant supraconducteur pour créer les champs électromagnétiques nécessaires à leur suspension, un système cryogénique utilisant de l’hélium liquide pour refroidir cet aimant, et des batteries pour faire fonctionner le tout.

Pour ce premier essai, les scientifiques n’ont pas utilisé de particules d’antimatière mais 70 protons libres, qui sont également sensibles aux chocs. Ces particules non liées sont juste prêtes à former de nouvelles liaisons, donc si elles se bousculent trop, elles seront attirées à nouveau dans les noyaux atomiques. Elles sont beaucoup moins précieuses à perdre si elles ne parviennent pas.

L’essai a été couronné de succès, les protons faisant leur voyage en camion à travers le site. Après quelques ajustements, l’équipe prévoit de transporter sa première cargaison d’antimatière l’année prochaine. Une autre expérience appelée PUMA vise également à faire la même chose en 2025.

« Finalement, nous voulons pouvoir transporter de l’antimatière vers nos laboratoires de précision dédiés à l’Université Heinrich Heine de Düsseldorf, ce qui nous permettra d’étudier l’antimatière avec une précision au moins 100 fois supérieure », déclare Smorra.

« À long terme, nous voulons pouvoir le transporter dans n’importe quel laboratoire d’Europe. Cela signifie que nous devons avoir un générateur d’électricité sur le camion. Nous étudions actuellement cette possibilité. »