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On ne trouve pas l'antimatière autour de nous. Pour l'étudier, il faut la fabriquer.
Lorsqu'une quantité suffisante d'énergie est stockée dans un espace réduit, comme au cours des collisions de particules de haute énergie au CERN, des paires de particules-antiparticules sont produites spontanément. Pour cela, l'énergie fournie aux particules accélérées doit Ítre au moins égale à la masse des nouvelles particules. Plus l'énergie fournie lors des collisions de particules est élevée, plus la masse des particules et des antiparticules produites est importante.
Lorsque l'énergie se convertit en masse, de la matière et de l'antimatière sont fabriquées en quantités égales.
Image de synthèse représentant une annihilation d'antihydrogène dans le détecteur ATHENA au CERN en 2002. L'annihilation de l'antiproton produit quatre particules chargées (traits jaunes) enregistrées par le détecteur (blocs jaunes et roses). Le positon s'annihile pour produire des rayons gamma en sens opposé (en rouge). » version agrandie
L'antimatière est produite par de nombreuses expériences au CERN. Au cours des collisions dans le Grand collisionneur de hadrons, les antiparticules produites ne peuvent pas Ítre stockées en raison de leur énergie très élevée. Elles s'annihilent dans les détecteurs de manière inoffensive. Le Décélérateur d'antiprotons au CERN génère des antiprotons beaucoup moins rapides qui peuvent Ítre capturés. On peut ensuite étudier ces antiprotons pour essayer de répondre à des questions telles que « les antiparticules tombent-elles vers le haut ? ».
Au CERN, les protons d'une énergie de 26 GeV (soit environ 30 fois leur masse au repos) entrent en collision avec des noyaux atomiques à l'intérieur d'un cylindre en métal appelé cible. Environ quatre paires de protons-antiprotons sont produites après un million de collisions. On sépare les antiprotons des particules à l'aide de champs magnétiques avant de les acheminer vers le Décélérateur d'antiprotons qui va les faire ralentir de 96 % à 10 % de la vitesse de la lumière. On les injecte ensuite dans les tubes des détecteurs o˘ l'on va pouvoir les capturer et les stocker.
Le corps d'une personne qui pèse 80 kg émet 180 positons par heure ! Ce phénomène s'explique par la détérioration du potassium-40, un isotope qui apparaÓt dans la nature et que l'on ingère en buvant de l'eau, en mangeant et en respirant.
Image : © sciencephoto.com, reproduit avec autorisation.
MÍme si le CERN utilisait ses accélérateurs uniquement pour fabriquer de l'antimatière, il ne pourrait pas en produire plus d'un milliardième de gramme par an. Pour créer 1 g d'antimatière, soit autant que ce que produit Vittoria Vetra dans le film, environ 1 milliard d'années seraient nécessaires.
La quantité totale d'antimatière produite depuis la création du CERN représente moins de 10 nanogrammes et contient juste assez d'énergie pour alimenter une ampoule de 60 W pendant 4 heures.
La production et le stockage de l'antimatière ne sont pas très efficaces. La quantité d'énergie nécessaire à la création d'antimatière est 1 milliard de fois plus importante que celle finalement contenue dans sa masse. Gr‚ce à l'équation E = mc2, 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 ! MÍme avec une remise sur le prix de l'électricité, cela coûterait plus d'un million de milliards d'euros !