L’antimatière intrigue et intrigue les physiciens depuis près d’un siècle, et l’effet de la gravité sur elle est un point de désaccord. De nouvelles recherches pourraient résoudre ce débat en découvrant que les atomes d’antihydrogène (l’équivalent antimatière de l’hydrogène) sont affectés par la gravité de la même manière que leurs homologues matière, excluant ainsi la possibilité d’une « antigravité » répulsive.


Au XVIIe siècle, Isaac Newton a élaboré sa théorie de la gravité après avoir observé une pomme tomber d'un arbre. Des siècles plus tard, Albert Einstein a proposé sa théorie de la relativité générale, qui reste la description la plus réussie et la plus testable de la gravité. Cependant, l’antimatière était inconnue d’Einstein.

En 1928, le physicien britannique Paul Dirac a proposé une théorie selon laquelle chaque particule possède une antiparticule correspondante et a prédit l'existence de positrons (ou antiélectrons). Depuis lors, de nombreuses spéculations ont eu lieu sur l’interaction entre la gravité et l’antimatière, certains suggérant que l’antimatière est repoussée par la gravité et d’autres suggérant qu’elle est attirée par la gravité.

Une nouvelle étude de la collaboration de l'Installation de physique des lasers à antihydrogène (ALPHA) du CERN pourrait avoir tranché ce débat, en révélant que les atomes d'antihydrogène (l'équivalent antimatière de l'hydrogène) tombent sur Terre de la même manière que leurs homologues matière.

Jeffrey Hangst, l'auteur correspondant de l'étude, a déclaré : « En physique, on ne peut vraiment comprendre quelque chose qu'en l'observant. Il s'agit de la première expérience à observer directement l'influence de la gravité sur le mouvement de l'antimatière.

L'expérience ALPHA consiste à créer, piéger et étudier des atomes d'antihydrogène dans un piège. Les atomes d'antihydrogène sont des particules d'antimatière électriquement neutres et stables, ce qui les rend idéales pour étudier le comportement gravitationnel de l'antimatière. L'antihydrogène est composé de deux antiparticules, les antiprotons et les positrons. Un antiproton est une particule subatomique ayant la même masse qu’un proton mais avec une charge négative.

L'équipe ALPHA a récemment construit un instrument vertical appelé ALPHA-g, où le « g » représente l'accélération locale de la gravité, qui pour la matière est de 32,2 pieds par seconde (9,81 mètres par seconde). ALPHA-g peut mesurer la position verticale des atomes d'antihydrogène lorsqu'ils rencontrent la matière correspondante - un processus connu sous le nom d'annihilation - et les atomes s'échappent une fois le champ magnétique du piège désactivé.

Les chercheurs ont capturé un groupe d’environ 100 atomes d’antihydrogène à la fois. Ils ont ensuite libéré lentement les atomes pendant 20 secondes en réduisant progressivement le courant dans les aimants des pièges supérieur et inférieur. Les simulations informatiques prévoyaient que 20 pour cent des atomes seraient libérés par le haut du piège et 80 pour cent par le bas, une différence causée par l'effet descendant de la gravité. Les chercheurs ont fait la moyenne des résultats de sept expériences de libération et ont constaté que le rapport des antiatomes circulant du haut vers le bas était cohérent avec les simulations. Autrement dit, les atomes d’antihydrogène tombent de la même manière que les atomes d’hydrogène tombent sous 1 gramme (c’est-à-dire la gravité normale).

À l’aide de l’instrument ALPHA-g, les chercheurs ont recréé la célèbre expérience gravitationnelle de Galilée. Selon la légende, le scientifique italien a laissé tomber des boules de fer de poids différents du haut de la tour penchée de Pise, et elles ont toutes touché le sol en même temps, démontrant que la gravité faisait tomber des objets de masses différentes avec la même accélération.

Les chercheurs affirment que leurs découvertes excluent la possibilité d’une « antigravité » répulsive, mais l’étude actuelle ne marque que le début d’une étude détaillée et directe des propriétés gravitationnelles de l’antimatière.

"Il nous a fallu 30 ans pour apprendre à fabriquer cet antiatome, à le saisir et à le contrôler suffisamment pour pouvoir le laisser tomber de manière à le rendre sensible à la gravité", a déclaré Hangst. "La prochaine étape consiste à mesurer l'accélération aussi précisément que possible. Nous voulons tester si la matière et l'antimatière tombent réellement de la même manière."

La recherche a été publiée dans la revue Nature. Dans la vidéo suivante réalisée par le CERN, Jeffrey Hangst explique le fonctionnement d'ALPHA-g, les causes et les résultats de l'expérience de gravité de l'antimatière.