L`ANTIMATIERE

L’ANTIMATIERE
1) Définition
2) L’antimatière est notre ennemie
3) Où trouve-t-on l’antimatière ?
4) L’antimatière est notre amie
5) Mais où est passée l’antimatière ?
DEFINITIONS
Jean-François Mathiot
(1ère édition des Mercredis de la Physique):
La matière, c’est beaucoup de vide
La matière, ce sont des particules qui ne pèsent
pratiquement rien
Mais qui vont très vite et les physiciens le savent grâce
à des télévisions particulières (les accélérateurs et les
détecteurs de particules)
Plongeon(s) dans l’infiniment petit …
DIMENSIONS … ET RESOLUTION …
L’ATOME VU PAR SVENSON
CE QUE VERRAIT UN
MICROSCOPE ELECTRONIQUE
CE QUE VERRAIT UN PHOTON
DE LA LUMIERE
LA MATIERE ORDINAIRE
EN PLUS DES PARTICULES ELEMENTAIRES DE LA MATIERE ORDINAIRE,
D’AUTRES ONT EXISTE PEU APRES LE BIG BANG. ON NE LES RENCONTRE
AUJOURD’HUI QU’AUPRES DES GRANDS ACCELERATEURS ET DANS LES
RAYONS COSMIQUES.
PETITE HISTOIRE DE L’ANTIMATIERE
Maxwell
1905 : Einstein
1926 : Schrödinger
Électromagnétisme
Relativité restreinte
Mécanique Quantique
électron
relativiste
avec spin
1929 : Dirac
P.A.M DIRAC A ECRIT LA PROPAGATION D’UN
ELECTRON RELATIVISTE AVEC DU SPIN
CETTE EQUATION A DEUX SOLUTIONS:
LA PREMIERE C’EST L’ELECTRON
LA SECONDE, C’EST:
UN ELECTRON D’ENERGIE NEGATIVE.
RIEN ?
UN PROTON ? PEU ELEGANT
EN 1930, DIRAC INVENTE UN ELECTRON DE CHARGE
POSITIVE. ET EN 1932, ANDERSON LE DECOUVRE DANS
LES RAYONNEMENTS COSMIQUES
L’ANTIMATIERE
électron (-)
proton (+)
neutron (0)
photon (0)
(+) antiélectron
(-) antiproton
(0) antineutron
(0) photon
MEME MASSE, MEME DUREE DE VIE
MAIS CHARGES OPPOSEES
L’ANTIMATIERE EST NOTRE ENNEMIE
Fabrication de l’antimatière:
Collision E=mc2 Energie Création de matière et d’antimatière
Par exemple [proton+proton] donne [proton +proton+ (proton
+antiproton)]
Une fois produite, un de ses premiers modes de discussion
avec la matière est l’annihilation (matière + antimatière):
conversion en énergie.
(Electron + antiélectron) donne (2 photons)
(Proton + antiproton) donne (plusieurs photons)
OU TROUVE-T-ON L’ANTIMATIERE ?
1) DANS LES RAYONNEMENTS COSMIQUES
2) DANS CERTAINES DESINTEGRATIONS
RADIOACTIVES
3) AU CERN, LE LABORATOIRE EUROPEEN
POUR LA PHYSIQUE DES PARTICULES.
OU TROUVE-T-ON L’ANTIMATIERE ?
OU TROUVE-T-ON L’ANTIMATIERE ?
B
-U
p
-U
LE CERN a mis des antiprotons
en
bouteille (dans un vide extrême) et en
ralentissant et piégeant des antiélectrons,
des antiatomes (antihydrogène) ont été
produits et conservés un certain temps.
L’ANTIMATIERE EST NOTRE AMIE
1) IMAGERIE MEDICALE DE DIAGNOSTIC (TEP)
2) TRAITEMENT DES TUMEURS
3) SONDE DE L’INFINIMENT PETIT
4) L’ENERGIE: SCIENCE FICTION ?
L’ANTIMATIERE EST NOTRE AMIE
1) IMAGERIE MEDICALE DE DIAGNOSTIC (TEP)
LECTURE
ECOUTE
La lecture et l’écoute ne sollicitent pas les
mêmes régions du cerveau
L’ANTIMATIERE EST NOTRE AMIE
2) TRAITEMENT DES TUMEURS
SOIGNER AVEC ANTIPROTONS PLUTOT
QU’AVEC DES PROTONS:
PRESENTE L’AVANTAGE QUE LA PLUS
GRANDE PARTIE DE L’ENERGIE SE PERD
DANS LA TUMEUR
ET QUE LA LOCALISATION DE L’IMPACT EST
RELATIVEMENT AISEE
EN COURS D’ETUDE …
L’ANTIMATIERE EST NOTRE AMIE
3) SONDE DE L’INFINIMENT PETIT
ANTI
ELECTRON
ELECTRON
L’ANTIMATIERE EST NOTRE AMIE
3) SONDE DE L’INFINIMENT PETIT
L’ANTIMATIERE EST NOTRE AMIE
4) L’ENERGIE: SCIENCE FICTION ?
Energie chimique (Combustion de l’hydrogène)
Energie de fission (Centrales nucléaires)
Energie de fusion (le projet ITER)
Annihilation proton/antiproton
1
30000
200000
30000000
L’ANTIMATIERE EST NOTRE AMIE
4) L’ENERGIE: SCIENCE FICTION ? Qu’en faire ?
Les voyages interstellaires à la Star Trek : quelques microgrammes
pourraient permettre un voyage jusqu’au centre de la galaxie mais au rythme actuel
il faudrait 100 000 ans pour les produire.
Des armes puissantes: quelques milligrammes fourniraient des armes
terribles. Heureusement 100 000 000 d’années pour les produire.
MAIS OU EST PASSEE L’ANTIMATIERE ?
1) DANS LES PHENOMENES MICROSCOPIQUES CREES
SUR ACCELERATEURS, MATIERE ET ANTIMATIERE
SONT PRODUITES EN EGALES QUANTITES.
2) AU DEBUT DE L’UNIVERS, CE DEVAIT ETRE PAREIL.
3) OR LA MATIERE L’A INCONTESTABLEMENT
EMPORTE.
4) QUE S’EST-IL PASSE ?
MAIS OU EST PASSEE L’ANTIMATIERE ?
Un léger déséquilibre matière / antimatière est
suffisant à expliquer notre Univers
1,000,000,000 antiprotons ou antineutrons…pour
1,000,000,001 protons ou neutrons…
LA REPONSE DE SAKHAROV
• Le proton doit se désintégrer (on
ne l’a toujours pas vu …)
• La symétrie particule/antiparticule
(CP) doit être violée OUI !
(Observation en 1964 et 2001)
MAIS OU EST PASSEE L’ANTIMATIERE ?
SAKHAROV a été le père de la force atomique soviétique, puis prit ses
distances du régime et fut considéré comme dissident. Sa résistance
politique lui valut de recevoir le prix Nobel de la paix.
C’est
un physicien dont
l’œuvre (parue seulement
en 1975) est considérable.
Les projets de réacteurs de
fusion (ITER) sont fondés
sur
ses
idées.
Sa
contribution à la cosmologie
est de première grandeur.
MAIS OU EST PASSEE L’ANTIMATIERE ?
L’EXPERIENCE LHCb ETUDIERA A PARTIR DE 2008 PLUSIEURS
MILLIARDS DE DESINTEGRATIONS DE PARTICULES ET
D’ANTIPARTICULES BELLES ET ETRANGES
CONCLUSIONS
L’antimatière existe !
Elle est couramment produite et utilisée dans les
grands centres de physique des particules nous a
permis et nous permet encore de progresser dans notre
compréhension de la nature.
Elle est utilisée en médecine et en biologie pour
l’imagerie et semble prometteuse dans le traitement
des cancers.
C’est une source d’énergie considérable qui pourrait
autoriser des voyages spatiaux impossibles autrement.
L’ANTIMATIERE
1) Définition
2) L’antimatière est notre ennemie
3) Où trouve-t-on l’antimatière ?
4) L’antimatière est notre amie
5) Mais où est passée l’antimatière ?