La matière et l’antimatière semblent répondre de la même manière à la gravité

Si cela peut sembler évident, les scientifiques n’ont pas encore pu confirmer que l’antimatière réagit à la gravité exactement de la même manière que la matière ordinaire. Une nouvelle expérience menée par des chercheurs du CERN fournit la meilleure réponse à ce jour.

Des questions étonnamment complexes

L’antimatière ressemble beaucoup à la matière qui compose tout ce qui nous entoure, à une différence importante près : ses particules présentent une charge électrique opposée. Et cette simple différence a des implications majeures : lorsqu’une particule et son antiparticule se rencontrent, elles s’annihilent mutuellement. Heureusement pour nous, êtres de matière, l’antimatière se révèle extrêmement rare dans l’Univers, bien que personne ne sache vraiment pourquoi.

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Le Big Bang aurait dû générer des quantités égales de matière et d’antimatière, mais le fait que nous soyons ici aujourd’hui montre qu’un facteur inconnu a créé un déséquilibre. Les physiciens étudient donc de près l’antimatière pour déterminer si des différences avec la matière ordinaire autres que la charge (non prévues par le modèle standard), pourraient l’expliquer.

Chaque élément absorbant et émettant différentes longueurs d’onde de lumière, qui produisent une empreinte unique appelée spectre d’émission, l’antimatière devrait avoir le même spectre que la matière. Mais il a fallu attendre 2016 pour que les scientifiques du CERN le vérifient, au cours d’une expérience ayant montré que l’antihydrogène avait le même spectre que l’hydrogène.

La réaction de l’antimatière à la gravité constitue une autre question étonnamment complexe, car l’antimatière est généralement suspendue dans des pièges électromagnétiques pour empêcher que cette dernière et ses conteneurs ne s’annihilent. On s’attend à ce que l’antimatière réagisse à la gravité de la même manière que la matière ordinaire, mais il existe une infime chance que ce ne soit pas le cas et qu’elle tombe plutôt vers le haut.

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Une précision sans précédent

Pour cette étude parue dans la revue Nature, l’équipe a testé cette idée en plaçant des antiprotons et des ions hydrogène chargés négativement dans un dispositif électromagnétique appelé piège de Penning. Une fois à l’intérieur, les particules suivent une trajectoire cyclique et, en mesurant leur fréquence, les scientifiques peuvent calculer leur rapport charge/masse, qui devrait être le même pour les particules de matière et d’antimatière (toute différence serait attribuée aux variations de leurs interactions avec la gravité).

Il s’est avéré que la matière et l’antimatière réagissent de la même manière à la gravité. Du moins, dans les limites de l’incertitude de l’expérience, c’est-à-dire à 97 % près de l’accélération gravitationnelle subie par les particules (soit une précision quatre fois supérieure à celle des expériences précédentes).

D’autres équipes testent les interactions de l’antimatière avec la gravité par le biais d’une approche qui semble beaucoup plus simple : laisser tomber des particules d’antimatière et voir où elles vont. Si des résultats différents sont obtenus, cela pourrait laisser entrevoir une physique au-delà du modèle standard.

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