Le CERN produit des hypernoyaux, un nouveau type de matière exotique

Dans les laboratoires du CERN, au cœur du Grand collisionneur de hadrons (LHC), les scientifiques recréent des conditions proches de celles qui existaient juste après le Big Bang. Ces expériences spectaculaires génèrent un flot dense de particules, parmi lesquelles se cachent parfois des découvertes exceptionnelles. Récemment, les chercheurs de l’expérience ALICE (A Large Ion Collider Experiment) ont observé pour la première fois de l’antihyperhélium-4, un noyau d’antimatière. 

L’antihyperhélium-4 

Pour rappel, l’hélium, deuxième élément le plus léger et abondant de l’Univers, est constitué de deux protons et deux neutrons entourés de deux électrons. Si les électrons sont des particules élémentaires, les protons et neutrons, eux, se composent de quarks : des particules encore plus petites. Les protons possèdent deux quarks « up » et un quark « down », tandis que les neutrons se composent d’un quark « up » et de deux quarks « down ».  

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Cependant, il existe également quatre autres types de quarks, dont le quark « étrange », une version plus massive du quark « down ». Lorsqu’un quark étrange se combine avec deux autres quarks, il forme une particule appelée hypéron. Ces hypérons, bien que plus massifs que les protons ou neutrons, sont généralement instables. Cependant, certains peuvent vivre assez longtemps pour s’associer à d’autres particules et former des noyaux exotiques comme l’hyperhélium-4, qui contient deux protons, un neutron et un hypéron lambda.  

L’observation annoncée par les chercheurs du CERN va encore plus loin. Ils ont détecté non pas l’hyperhélium-4, mais son équivalent en antimatière, l’antihyperhélium-4. Ce dernier se compose de deux antiprotons, d’un antineutron et d’un antilambda (l’antiparticule du lambda). 

Une première observation au LHC  

Les scientifiques de l’expérience ALICE ont observé les produits de désintégration de cet antihyperhélium-4, notamment un noyau d’antihélium-3, un antiproton et un pion chargé. Cette découverte marque la première preuve de l’existence d’un hypernoyau d’antimatière aussi lourd jamais détecté au LHC.  

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Cette annonce s’inscrit dans une série de découvertes récentes sur les hypernoyaux et leur version en antimatière. En 2023, le LHC avait déjà révélé l’existence de l’hypertriton, le plus léger des hypernoyaux, ainsi que de son équivalent en antimatière, l’antihypertriton. 

Plus tôt cette année, une autre collaboration scientifique, STAR, avait réussi à produire de l’antihyperhydrogène-4, une particule constituée d’un antiproton, de deux antineutrons et d’un antilambda, légèrement plus légère que l’antihyperhélium-4. Les données de l’expérience ALICE suggèrent également la présence d’antihyperhydrogène-4 dans les collisions.

Un défi pour comprendre l’Univers  

Ces recherches vont bien au-delà de la simple curiosité scientifique. Elles touchent à une question fondamentale : pourquoi l’Univers est-il composé presque exclusivement de matière alors que, selon les lois de la physique, matière et antimatière auraient dû être créées en quantités égales après le Big Bang ?  

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En théorie, la matière et l’antimatière sont similaires dans leurs comportements, mais opposées en charge électrique. Pourtant, pour une raison encore inconnue, l’Univers semble avoir favorisé la matière. Les scientifiques espèrent que l’étude des hypernoyaux d’antimatière, comme l’antihyperhélium-4, pourra fournir des indices pour résoudre ce mystère.  

Pour l’instant, les données concernant ces particules n’ont pas montré de différences notables par rapport aux comportements attendus entre matière et antimatière, ce qui incite les chercheurs à poursuivre leurs investigations. Par ailleurs, un événement ultra-rare vient de se produire à l’accélérateur de particules du CERN.