GBAR : une étape de plus dans l'exploration de l'antimatière

Installation du linac de GBAR dans sa casemate de radioprotection. Les électrons accélérés à 10 MeV sur une cible fourniront les positons nécessaire à la formation d’antihydrogène, les antiprotons venant du décélérateur ELENA. (Image : Max Brice/CERN)

L’absence d’antimatière dans l’Univers compte parmi les énigmes que s'efforce de résoudre la physique. De nombreuses expériences étudient cette question en recherchant des asymétries entre les particules et les antiparticules correspondantes.

GBAR (Gravitational Behaviour of Antihydrogen at Rest), nouvelle expérience basée au CERN, s'apprête à en explorer un des aspects : l'effet de la gravité sur l'antimatière. Il existe, certes, des théories prédisant un comportement conforme ou non à celui de la matière, mais on ne dispose pas encore de résultat expérimental concluant à cet égard.

GBAR mesurera l'effet de la gravité sur les atomes d'antihydrogène. Située dans le hall du Décélérateur d'antiprotons (AD), l'expérience GBAR est la première d'un ensemble de cinq expériences qui seront reliées au nouvel anneau de décélération ELENA. L'expérience a installé, le 1er mars, son premier élément : un accélérateur linéaire. Contrairement à ce qui se passe dans le complexe du LHC, où les accélérateurs sont très longs et les particules très accélérées, dans le cas de l'antimatière, il s'agit, avec l'AD, de machines de petite dimension qui ralentissent les particules autant que possible. L'accélérateur linéaire de GBAR ne fait qu'1,2 mètre de long et servira à produire les positons, équivalent dans l'antimatière des électrons.

L'expérience utilisera des antiprotons fournis par ELENA et des positons créés par l'accélérateur linéaire pour produire des ions d'antihydrogène. Ceux-ci sont constitués d'un antiproton et de deux positons, et sont donc chargés positivement, ce qui les rend nettement plus faciles à manipuler. Au moyen de lasers, leur vitesse sera ramenée à un demi-mètre par seconde, ce qui permettra de les conduire jusqu'à un point fixe. Puis, alors qu'ils sont piégés par un champ électrique, ils seront, par laser, privés de l'un de leurs positons, ce qui les transformera en atomes, électriquement neutres. La seule force s'exerçant sur eux à ce moment-là sera la gravité, et ils pourront faire une chute de 20 centimètres, pendant laquelle les chercheurs observeront leur comportement.

Les résultats pourraient s'avérer très importants. Comme l'explique Patrice Pérez, porte-parole de GBAR : « Le principe d'équivalence d'Einstein veut que la trajectoire d'une particule soit indépendance de sa composition et de sa structure interne lorsque cette particule est sous l'influence des forces gravitationnelles exclusivement. Si nous découvrons que la gravité a un effet différent sur l'antimatière, cela voudra dire que nous ne savons pas grand-chose de l'Univers. »

Cinq autre expériences sont installées auprès du Décélérateur d'antiprotons, dont deux, AEGIS et ALPHA, étudient aussi l'effet de la gravité sur l'antimatière.