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En analysant des données du Grand collisionneur de hadrons, des physiciens de l’université d’Oxford ont découvert qu’une particule subatomique était capable de passer de la matière à l’antimatière.

Une différence infime

S’apparentant en quelque sorte à la « jumelle maléfique » de la matière ordinaire, l’antimatière se révèle extrêmement similaire à cette dernière. En réalité, la seule véritable différence tient au fait que l’antimatière possède une charge opposée. Ce qui signifie que si une particule de matière et une particule d’antimatière entrent en contact, elles s’annihilent mutuellement dans une explosion d’énergie.

Pour compliquer les choses, certaines particules, comme les photons, sont en fait leurs propres antiparticules, tandis que d’autres existent même sous la forme d’un mélange étrange des deux états à la fois, grâce à la bizarrerie quantique de la superposition (illustrée par l’expérience du chat de Schrödinger). Ainsi, ces particules oscillent en fait entre la matière et l’antimatière.

Le méson charmé est une particule subatomique normalement constituée d’un quark charmé et d’un antiquark up, tandis que son équivalent antimatière se compose d’un antiquark charmé et d’un quark up. Normalement, ces états sont séparés, mais la nouvelle étude, à paraître dans la revue Physical Review Letters, a montré que les mésons charmés pouvaient passer spontanément de l’un à l’autre.

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L’analyse des données recueillies lors de la deuxième phase de fonctionnement du Grand collisionneur de hadrons (LHC) a permis de mettre en évidence une infime différence de masse entre ces deux états, de l’ordre de 0,00000000000000000000000000000000000001 gramme.

… aux implications potentiellement gigantesques

Les mésons charmés sont produits au LHC dans des collisions proton-proton et ne parcourent normalement que quelques millimètres avant de se désintégrer en d’autres particules. En comparant les mésons charmés ayant tendance à voyager plus loin et ceux qui se désintégraient plus tôt, l’équipe a identifié les différences de masse comme le principal facteur conditionnant la transformation d’un méson charmé en méson anti-charmé.

Cette découverte intervenant à une échelle minuscule pourrait avoir des implications gigantesques pour l’Univers. Selon le modèle standard de la physique des particules, le Big Bang aurait dû produire de la matière et de l’antimatière en quantités égales, et au fil du temps, celles-ci auraient dû entrer en collision et s’annihiler. Ce qui ne s’est manifestement pas produit, puisque le cosmos est aujourd’hui dominé par la matière.

Un tel déséquilibre pourrait potentiellement s’expliquer par le fait que des particules semblables au méson charmé passent plus facilement de l’antimatière à la matière que l’inverse. Si des recherches supplémentaires venaient à confirmer cette hypothèse et à établir les raisons d’un tel phénomène, il s’agirait assurément d’un grand pas dans la compréhension de l’un des plus grand mystères de la science.

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