ALPHA  ( 38 ) - EXPÉRIENCE - CERN - LHC ( Proche XXX )

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ALPHA


ALPHA a pour objet de capturer et étudier des atomes d'antihydrogène
et de les comparer aux atomes d'hydrogène


L’expérience ALPHA a pris la suite
d’une autre expérience sur l’antimatière, ATHENA.

Lancée fin 2005,

ALPHA poursuit des objectifs similaires
à l’expérience qui l’a précédée
mais avec des outils différents,
dont la conception représente une évolution par rapport à l’installation antérieure.





Pour obtenir de l’antihydrogène,
les physiciens doivent regrouper les antiprotons
et les positons
à l’intérieur d’une machine qui piège les particules
au moyen d’une charge électrique.

Cependant, comme les atomes d’antihydrogène sont électriquement neutres,
ils ne peuvent pas être confinés :
ils migrent naturellement vers les parois du piège.

Comme les parois sont constituées de matière,
le contact provoque l’annihilation des antiatomes
quelques microsecondes après leur création.


ALPHA, s’appuyant sur les connaissances acquises
grâce à l’expérience ATHENA,
utilise, outre le piège standard,
une méthode de capture différente
pour conserver plus longtemps les atomes d’antihydrogène
avant qu’ils s’annihilent en rencontrant des atomes de matière.





En juin 2011,  les chercheurs de l’expérience ALPHA,
ont annoncé qu’ils sont parvenus à piéger des atomes d’antimatière pendant plus de 16 minutes,
soit suffisamment longtemps pour commencer à étudier leurs propriétés en détail.

Les physiciens devraient ainsi disposer de plus de temps
pour effectuer leurs mesures et, en conséquence,
pour élucider les mystères de l'antimatière.





SOURCE
http://home.cern/fr/about/experiments/alpha

LIENS
http://alpha.web.cern.ch/

PHOTOS
http://cds.cern.ch/record/1307522

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ALPHA

Des atomes d'antimatière piégés pendant mille secondes au CERN

05 juin 2011







Genève, le 5 juin 2011.

Dans un article publié aujourd’hui en ligne par la revue Nature Physics (link is external),
les chercheurs de l’expérience ALPHA, au CERN1,
annoncent qu’ils sont parvenus à piéger des atomes d’antimatière
pendant plus de 16 minutes,
soit suffisamment longtemps pour commencer à étudier leurs propriétés en détail.

L’expérience ALPHA
s’inscrit dans un vaste programme de recherches
menées au Décélérateur d’antiprotons (AD)2 du CERN,
dans l’espoir de percer les mystères
de l’une des substances les plus insaisissables de la nature.

L’univers dans lequel nous vivons
semble entièrement constitué de matière.

Pourtant, il aurait dû y avoir une quantité égale de matière et d’antimatière lors du Big Bang.
La nature semble marquer une légère préférence pour la matière.

C’est ce qui permet à notre univers et à tout ce qu’il contient d’exister.

Pour étudier cette préférence pour la matière,
l’une des possibilités est de comparer des atomes d’hydrogène
avec leurs homologues d’antimatière.


D’où l'importance de ce nouveau résultat.

« Nous pouvons maintenir les atomes d’antihydrogène piégés
pendant mille secondes,
explique le porte-parole de la collaboration ALPHA,
Jeffrey Hangst, de l’université d’Aarhus.

C’est suffisamment de temps pour pouvoir commencer à les étudier –
même si nous ne pouvons pas en capturer beaucoup pour l’instant. »

L’article publié aujourd’hui fait état de l’étude de quelque 300 antiatomes piégés.

Le piégeage de ces antiatomes
permettra de cartographier précisément l’antihydrogène
par spectroscopie laser ou micro-onde.

L’antihydrogène pourra ainsi être comparé avec l’atome d’hydrogène,
qui est l’un des systèmes les mieux connus en physique.

Toute différence devrait apparaître au cours d’un examen minutieux.
Le piégeage d’antiatomes pourrait aussi nous apporter une méthode complémentaire
pour mesurer l'influence de la gravité sur l'antimatière,
que l'expérience AeGIS va bientôt étudier avec de l’antihydrogène.


Un autre avantage important du piégeage de l’antihydrogène sur de longues périodes
est qu’il laisse aux antiatomes
le temps de retourner à leur état fondamental.

Cela permettra à l’équipe d’ALPHA
d’effectuer les mesures de précision nécessaires
pour examiner une symétrie connue sous le nom de CPT.

En physique,
les symétries décrivent les processus
tels qu’ils apparaissent lors de certaines transformations.

C, par exemple, implique l’inversion des charges électriques des particules participant au processus.
P peut être comparé à l’obtention de l’image réfléchie par un miroir,
et T correspond à l’inversion de la flèche du temps.


À titre individuel, chacune de ces symétries est rompue –
les processus n’ont pas toujours la même apparence.

Selon CPT,
un principe considéré comme scrupuleusement respecté par la nature,
il ne devrait cependant pas être possible de distinguer
entre une particule avançant à travers le temps dans notre univers
et une antiparticule reculant à travers le temps dans un univers-miroir.

La symétrie CPT exige que l’hydrogène et l’antihydrogène
aient des spectres identiques.

« Toute trace de violation de la symétrie CPT
nous obligerait à repenser sérieusement la manière
dont nous comprenons la nature, explique Jeffrey Hangst.
Cela dit, la moitié de l’Univers a disparu
et il semble donc bien qu’une nouvelle conception soit à l’ordre du jour. »



Pour ALPHA, la prochaine étape
consistera à commencer à prendre des mesures sur l'antihydrogène capturé,
et nous devrions nous y atteler plus tard cette année.

Tout d’abord, il s’agira d’illuminer les antiatomes piégés en utilisant des microondes
pour déterminer s'ils absorbent exactement
les mêmes fréquences (ou énergies) que leur cousins de matière.

« Si vous bombardez les atomes d’antihydrogène piégés
avec précisément la bonne hyperfréquence,
ils s’échapperont et nous pourrons détecter leur annihilation –
nous pourrons même déceler l’annihilation d’un seul atome,
explique Jeffrey Hangst.

Cela nous fournirait le premier aperçu
de la structure interne de l’antihydrogène,
le no 1 du tableau périodique des anti-éléments.




SOURCE
http://press.cern/fr/press-releases/2011/06/des-atomes-dantimatiere-pieges-pendant-mille-secondes-au-cern

PHOTOS
http://cdsweb.cern.ch/record/1307522

VIDEO
https://www.youtube.com/watch?v=2WN-zk_giKw


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ALHA et AEGIS

L’Antimatière Tombe-t-Elle ?

mardi 2 juillet 2013


ALPHA est une expérience, installée au plus près des meilleures sources d’antiproton du CERN,
qui s’attache à mesurer les différences potentielles entre hydrogène et antihydrogène.

ALPHA a développé pour cela un système élaboré de piégeage d’antihydrogène.

Grâce à leur système, les physiciens d’ALPHA ont eu l’idée de regarder dans quelles zones
se retrouvaient leurs antiatomes en fonction du temps,
afin d’observer leur chute libre (ou montée libre).

Ils ont publié il y a deux mois leurs premiers résultats,
qui sont encore avec une grosse barre d’erreur,
mais qui offrent une technique potentiellement puissante pour ce type de mesure
qui pourra être améliorée pour gagner en précision.

Le ratio Mg/M qu’ils déduisent pour les atomes d’antihydrogène est compris entre -75 et +110
(rappelons que ce ratio vaut 1 pour l’hydrogène).
Tout est encore possible…

A ce stade, vous vous dites : « Qu'impliqueraient des antiatomes qui montent au lieu de chuter ? ».

Si tel est le cas, nous sommes en face d’une révolution conceptuelle.
Nous devrons abandonner le principe d’équivalence faible qui stipule
que tout corps se comporte de la même façon dans un champ gravitationnel
quelle que soit sa masse.

Mais il y a pire (ou mieux) : si il y a une réelle répulsion gravitationnelle entre matière et antimatière,
on peut aussi penser qu’il y a répulsion entre l’antimatière et elle-même
(de manière antisymétrique à ce que l’on connaît en électromagnétisme
où deux charges identiques se repoussent et deux charges différentes s’attirent).

Les implications cosmologiques sont considérables.
On pourrait enfin comprendre pour quelle raison
on observe une asymétrie entre matière et antimatière dans l’Univers.

Si l’antimatière n’est pas attirée par la matière mais au contraire la repousse,
elle aurait pu se décorréler de la matière au cours de l’Univers très primordial,
et en quelque sorte s’en éloigner pour peupler des zones de l’Univers
non observable aujourd’hui.



Vue d'ensemble de l'expérience ALPHA (CERN)


De plus, si l’antimatière se repousse elle-même,
cela signifie que les antiparticules primordiales (antiprotons et positrons)
se sont peut être accouplées par interactions électromagnétiques,
mais ensuite les antiatomes d’hydrogène n’auraient pas pu s’agglutiner
autour des halos de matière noire dans l’Univers primordial : pas d’antiétoiles, pas d’antigalaxies.

L’antihydrogène est voué dans ces conditions à errer seul dans l’espace infini…

Enfin, et c’est peut-être le plus troublant, des théoriciens ont montré qu’avec une antimatière répulsive,
en faisant la simple hypothèse d’une symétrie originelle exacte entre quantités de matière et d’antimatière,
l’Univers pourrait être très différent de ce que l’on pense aujourd’hui,  
car ne nécessitant plus l’ajout d'une phase inflationnaire ni d'énergie noire…


Source - http://www.ca-se-passe-la-haut.fr/2013/07/antigravitation-aegis-antimatter.html

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Le Cern sur la piste de l'énigme de l'antimatière avec l'antihydrogène

10 juin 2014

Dans son célèbre cours de physique, dans la partie traitant de l'électromagnétisme,
le prix Nobel de physique Richard Feynman pose la question suivante : « si vous vous teniez
à un bras de distance de quelqu'un et que chacun de vous avait 1 % d'électrons de plus que de protons,
la force de répulsion serait incroyable. De quelle grandeur ? Suffisante pour soulever l'Empire State Building ? »

Et il donne dans la foulée la réponse : « Non ! La répulsion serait suffisante pour soulever un "poids" égal à celui de la Terre entière ».

Si les charges électriques des électrons et des protons dans les atomes
ne se compensaient pas avec une très bonne précision,
les atomes ne seraient pas neutres.

Pour autant que nous le sachions, ils le sont bien, mais qu'en est-il pour des antiatomes ?

La question peut sembler purement académique, mais elle ne l'est pas.
Si des antiatomes n'étaient pas neutres, cette simple constatation ébranlerait
les fondements de la physique théorique du XXe siècle, c
'est-à-dire la théorie de la relativité restreinte, la mécanique quantique, voire les deux en même temps.

Du même coup, on aurait peut-être un début de réponse à une vieille énigme de la cosmologie, la quasi-absence d'antimatière dans l'univers observable.

Alpha observe l'antimatière

Les chercheurs du Cern ne s'y sont pas trompés,
et après avoir réussi ces dernières années à fabriquer des atomes d'antihydrogène
puis de s'en servir pour réaliser des faisceaux d'atomes,
ils ont tenté de mesurer d'éventuelles déviations de leur trajectoire dans un champ électrique.

Cette étude a été menée dans le cadre de l'expérience Alpha (Antihydrogen Laser Physics Apparatus)
auprès du décélérateur d'antiprotons du Cern (AD),
et ses résultats viennent d'être publiés dans un article de Nature Communications.

On peut se faire une idée de ce travail en consultant un article en accès libre sur arxiv.

Mais pourquoi les physiciens ont-ils pris pour sujet d'étude un anti-atome d'hydrogène,
et quel est le rapport entre cette expérience et la cosmologie ?

Il faut déjà savoir que l'atome d'hydrogène est l'un des systèmes physiques
les plus étudiés et les mieux compris de la physique quantique.
On peut résoudre exactement l'équation de Dirac décrivant les niveaux d'énergie de l'électron dans cet atome,
et l'électrodynamique quantique permet de calculer son comportement avec une remarquable précision.
On arrive aussi par le calcul à retrouver la masse du proton en utilisant la chromodynamique quantique.

Enfin, l'hydrogène est l'élément le plus abondant dans l'univers.

L'antihydrogène et la symétrie CPT

Or, dans le cadre du modèle standard et de la théorie quantique des champs relativistes,
une égale quantité de matière et d'antimatière aurait dû être créée au moment du Big Bang.



Wolfgang Pauli en pleine discussion sur les théories relativistes de champs unifiés avec Pascual Jordan en 1955 à Hambourg.
Pauli a donné la première démonstration du théorème CPT.
Des observations de sa violation avec l'antihydrogène ouvriraient une ère nouvelle en physique théorique et en cosmologie. © Cern



Il est possible de rendre compte de cette asymétrie en introduisant de la nouvelle physique
impliquant de subtiles différences entre les particules et leurs antiparticules.
L'une des solutions les plus extrêmes conduit à violer un théorème fondamental
de la théorie quantique des champs relativistes, celui concernant la symétrie dite CPT.

D'après ce théorème, un atome d'antihydrogène doit se comporter exactement
de la même manière qu'un atome d'hydrogène,
positron et antiproton doivent avoir les mêmes masses que l'électron et le proton
et des charges identiques mais opposées.

Les niveaux d'énergie des atomes et des antiatomes (et pas seulement d'hydrogène) doivent être les mêmes.
Un anti-atome doit être tout aussi neutre qu'un atome.

De fait, dans l'expérience qu'ils ont menée, les chercheurs du Cern
ont montré que la charge électrique que pourrait porter l'antihydrogène
doit avoir une valeur aussi faible que (1,3 ± 1,1 ± 0,4) x 10-8 fois la charge de l'électron,
les nombres précédés du signe « ± » représentant les incertitudes statistiques et systématiques de la mesure.

La valeur de cette charge est donc compatible avec zéro jusqu'à la huitième décimale.

Nullement découragés, les physiciens vont poursuivre les recherches
sur d'éventuelles différences de comportement entre la matière et l'antimatière,
cette année notamment avec l'expérience Aegis, qui partira, elle, sur la piste de l'antigravité, toujours avec l'antihydrogène.

Source - http://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/physique-cern-piste-enigme-antimatiere-antihydrogene-53975/

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