Aux limites de l’univers : l’antimatière

Plonger dans les mystères strictement physiques de l’infiniment petit signifie de se condamner à la même frustration que vivent les explorateurs de l’infiniment cosmique, qui trouvent toujours de nouvelles galaxies derrières les plus lointaines galaxies. Ainsi, on n’arrête pas de découvrir quelque chose d’encore plus petit derrière la plus petite particule découverte.

 
L’histoire de l’atome
 
Pendant environ vingt-quatre siècles, la pensée européenne a été dominée par une idée apparue dans l’esprit d’un philosophe grec. C’était au IVe siècle avant J.C., quand Démocrite a eu l’intuition que la matière de ce monde était formée de particules élémentaires. Les corps pourraient être divisés en une multitude de corps infinitésimaux.
 
Pour le philosophe grec qui ne percevait le monde que comme une entité finie, il était inconcevable que la matière puisse être décomposée en éléments de plus en plus petits à l’infini. Donc, il avait baptisé atomes (d’après le mot grec qui signifie indivisible) ces particules de matière impossible à dissocier. C’était une idée très avancée pour son époque. Elle ne sera remise en question que plusieurs siècles plus tard, peut-être aussi parce que, techniquement parlant, elle était complètement invérifiable.
 
Il aura fallut attendre les recherches de Lavoisier (1743-1794) et de Dalton (1766-1844), suivis par celles de Richter, de Proust, de Gay-Lussac et d’Ampère pour que le monde scientifique commence à douter de l’indivisibilité de ces „briques” fondamentales de la matière.
 

La „naissance” de nouvelles particules élémentaires

 
En fait, l’atomisme allait représenter l’étape des connaissances jusqu’à la fin du XIXe siècle et au début du XXe siècle. Deux théories qui fondent la physique moderne vont dissiper l’ancienne idée du philosophe grec. La découverte de la relativité et de la mécanique quantique font en sorte que l’homme perde ses certitudes sur le temps et le déterminisme des phénomènes naturels.
 
En même temps, l’évolution de la physique expérimentale développe de façon ample nos connaissances de base sur les structures de la matière. Au cours des années, l’atome ne cessera d’être tripoté par les „mains” des physiciens. Il sera scindé en protons, neutrons et ensuite en particules élémentaires.
 
Indestructible dans la conception de Démocrite, plein selon Newton, l’atome parvient à être décomposé. Ses fragments permettront aux scientifiques d’établir des modèles de plus en plus fins, expliquant avec de plus en plus de précision les propriétés de la matière. Depuis, l’exploration du monde des particules élémentaires n’a pas cessé, spécialement par l’utilisation d’appareils techniques de plus en plus sophistiqués tels les accélérateurs de particules et d’instruments de base de la physique nucléaire et des autres branches de la physique.
 
Quo vadis la physique ?
 
Chaque médaille a son revers ; à la limite de ces efforts se trouve la perspective de la fission nucléaire dans des buts militaires. Dans ce domaine, la responsabilité des grands physiciens de l’époque, d’Einstein particulièrement, est engagée. Mais, si on peut leur pardonner – et même les féliciter – d’avoir ouvert la boite de Pandore de la physique nucléaire, on peut par contre difficilement ignorer leur participation directe et les initiatives personnelles à la construction de la première bombe atomique américaine.
 
Mais qu’est-ce que la matière ?
 
En dépit de toutes ces recherches sur les particules élémentaires, on n’a pas appris ce qu’est la matière en réalité. Déjà, pour quelques théoriciens, la notion de particules élémentaires est suspecte ; cet aspect élémentaire pourrait être seulement provisoire et lié à l’état actuel de la technique et de notre compréhension. Chaque nouvelle étape dans la compréhension de la structure de notre univers correspond à une descente vers l’essence et les secrets de l’infiniment petit.
 
Selon le physicien américain Gell-Mann, il existe des particules plus élémentaires encore que celles déjà connues, les quarks. Ces quarks peuvent être décomposés en particules encore plus petites et ainsi de suite, jusqu’à l’ultime particule dont personne ne peut dire si elle existe vraiment.

Le miroir et „derrière” la matière

 
Au lieu de chercher à comprendre ce qui se passe dans la glace du miroir, d’autres physiciens se sont demandés ce qu’il y a de l’autre côté de ce miroir, „derrière” la matière. Pour comprendre leur raison, nous devons remonter un peu dans le temps, juste après l’ébranlement définitif de la physique causé par l’„éruption” de la relativité et de la théorie quantique qui a posé en même temps les bases de la physique moderne.
 
La question se pose : la lumière est-elle composée d’ondes ou de particules – les deux théories sont rigoureusement en opposition. Ondes ou corpuscules ? Le conflit fait sensation. Il sera éclairé par Shrodinger en 1927 et par Louis de Broglie en 1935 par l’établissement de la théorie de la mécanique ondulatoire.
 
Peu de temps après, Paul Dirac, jeune physicien anglais, formule une théorie quantique de l’électron, y insérant des éléments tirés de la théorie de la relativité d’Einstein concernant la mécanique ondulatoire. De nouvelles équations surgissent. Stupeur : elles démontrent sans laisser de doute l’existence de certaines particules ignorées jusqu’alors : les antiparticules. Selon Dirac, qui publie ses recherches en 1929, chaque antiparticule correspond à une particule. Ce qui les rend différentes est leur charge électrique de même valeur mais de sens opposé.
 
En 1932, l’hypothèse de Dirac est confirmée par le physicien C.D.Anderson, qui identifie un positron – un électron positif – sur les photographies des traces de radiations cosmiques prises avec un appareil photographique Wilson. Plus tard, d’autres antiparticules seront à nouveau détectées.
 
Peu à peu, la notion d’antimatière prend du contour. Par analogie avec les antiparticules, cette antimatière serait l’équivalent de la matière par réflexion. Il semble qu’elle soit formée d’antiatomes qui ne sont rien d’autre que des atomes composés d’antiparticules.
 
Les particules et les antiparticules ne peuvent coexister ensemble „en paix” et  on ne peut en aucun cas les séparer pour les avoir à la portée de main pour les étudier. Elles sont destinées à réagir violemment en se détruisant réciproquement avec un immense dégagement d’énergie. On dit qu’elles s’annihilent.
 
Ce phénomène explique sans doute pourquoi les antiprotons, les antineutrons et les antiélectrons artificiellement créés dans les laboratoires à partir de la matière ont une durée de vie si courte. Leur apparition est éphémère. Ils ne sont pas peu nombreux. Cependant, l’existence de l’antimatière n’a jamais pu être établie formellement. Jusqu’à présent, personne n’a pu „fabriquer” ni observer cette antimatière.
 
Mais cela n’a pas empêché les imaginations de s’enflammer à cette idée. En 1979, lors de la découverte de la présence des antiprotons dans les radiations cosmiques, quelques physiciens ont voulu y voir la preuve de l’existence des antimondes et des antiplanètes.
 
L’antiunivers symétrique 
 
Si les équations qui décrivent la structure intime de la matière sont correctes, elles doivent s’appliquer aussi à cette hypothétique antimatière. En toute logique et en toute bonne foi, « un univers symétrique composé à moitié de la matière et à moitié de l’antimatière » n’est donc pas inconcevable.
 
Il reste à expliquer pourquoi l’antimatière est si rare dans notre univers. Pour les physiciens, ces antimondes et antiunivers restent du domaine de l’imaginaire. Même aux frontières les plus lointaines de notre univers, de tels antimondes n’ont pas été détectés. Ils seraient peut-être même impossible.
 
La carte de visite de l’atome
 
Afin de comprendre ce point de vue majoritaire dans le monde scientifique, il est nécessaire de changer un peu la direction vers l’atome pour étudier quelques-unes de ses lois élémentaires. Vouloir comprendre l’antimatière nécessite déjà une bonne perception de la structure de la matière. Après tout, la matière et l’antimatière pourraient n’être que deux aspects différents du même tout.
 
De façon paradoxale, la chimie est celle qui confère une certaine légitimité à la notion d’atome. En 1892, lord Raleigh mesure le fameux nombre d’Avogadro : c’est le nombre de molécules contenues dans une mole de gaz quelconque, la mole étant la quantité de substance dont la masse exprimée en grammes est égale au poids moléculaire du composé.
 
En fait, les recherches de Raleigh permettent de mesurer la masse de l’atome et donc de concevoir ses dimensions. Nous allons trouver 10-10 microns. En 1896, Becquerel observe l’émission spontanée de radiations des minerais d’uranium. Même si à l’époque le phénomène n’a pas été compris, il a été baptisé „radioactivité”.
 
Avec les recherches de Pierre et Marie Curie, on se fait une idée plus précise sur la radiation atomique des différents minerais. On va comprendre plus tard que cette radioactivité ne vient pas de l’atome proprement dit, mais de l’un de ses éléments fondamentaux – le noyau atomique.
 
Enfin, suite aux recherches faites par Crookes, Jean Parrin et J. J. Thomson sur le passage du courant électrique à travers un gaz, les physiciens de la fin du XIXe siècle apprennent l’existence d’une nouvelle chose, primordiale pour le futur de leur science : l’électron.
 
Sur le plan théorique, l’électromagnétisme reste sans doute l’une des plus belles réalisations du XIXe siècle. Son auteur, Maxwell, a lissé le chemin, rendant possibles les recherches d’Einstein et la théorie de la relativité.
 
Rien à découvrir
 
En 1900, la physique était considérée par les scientifiques comme étant une discipline solide et parfaitement mise au point. Pour eux, il n’y avait plus grand chose à découvrir.
 
Il ne restait qu’à éclairer quelques questions de „détail”. La célèbre expérience de Michelson et de Morley (1887) allait prouver que la lumière se déplace à la même vitesse dans tous les systèmes définis par Galilée, ce qui resta inexplicable jusqu’à la théorie de la relativité. Un autre „détail”: le spectre de la radiation du corps noir est aussi incompréhensible par la théorie classique. Il donnera naissance à la théorie quantique.
 
On croyait que tout était accompli. Il ne restait qu’à faire l’essentiel. Il fallait entrer plus en profondeur au cœur de l’atome. La réponse qui a été donnée aux deux dernières questions est venue révolutionner la physique…
Qu’est-ce qui va suivre maintenant ?
 

yogaesoteric
2015

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