Une collaboration internationale propose des pistes liées à l'origine de la matière dans l'univers
Où que vous soyez, un rapide coup d'oil autour de vous suffira à confirmer que le monde dans lequel nous vivons est constitué de matière nucléaire - protons, neutrons et électrons. Pourtant, depuis quelque temps, les scientifiques connaissent l'existence de particules d'antimatière, qui semblent identiques aux particules de matière, sauf que lorsqu'elles sont à proximité les unes des autres, elles s'annihilent mutuellement. Une thèse actuelle suggère que peu après le big bang, des particules de matière et d'antimatière ont été créées en quantités égales. Compte tenu de leur tendance à s'annihiler entre elles, il ne devrait rester aucune particule. Pourtant, les spécialistes affirment qu'en raison de légères différences entre le comportement de la matière et celui de l'antimatière- phénomène dénommé violation de symétrie CP, pour chaque milliard d'annihilationssurvenues, une particule de matière a survécu- une asymétrie ténue, certes, mais qui a suffi à créer tout ce qui existe dans l'univers visible. Alors que l'on ne sait toujours pas précisément ce qui est à l'origine de la violation de symétrie CP, des centaines de scientifiques du monde entier tentent de répondre à cette question. Cela dit, une avancée récente réalisée dans le cadre d'une des plus vastes collaborations existantes pourrait largement contribuer à trouver la réponse en démontrant une différence fondamentale entre le comportement de la matière et celui de l'antimatière. L'expérience BABAR réunit 600 scientifiques de 75 institutions du monde entier, y compris en France, en Allemagne, en Italie, aux Pays-Bas, en Norvège, en Russie et en Grande-Bretagne. A l'aide du matériel disponible au Stanford Linear Accelerator Centre (SLAC), aux États-Unis, les chercheurs de l'expérience BABAR sont parvenus à provoquer la collision d'électrons avec leurs antiparticules, les positrons, afin de produire des millions de paires de particules et d'antiparticules, les mésons B et les mésons anti-B. Ces paires ont une brève durée de vie et se désintègrent rapidement en particules subatomiques plus légères, notamment les kaons et les pions, qui peuvent être détectées par les scientifiques. Marcello Giorgi, de l'Institut national italien de physique nucléaire et porte-parole de BABAR, explique: "S'il n'existait aucune différence entre la matière et l'antimatière, les mésons B et les mésons anti-B afficheraient exactement les mêmes propriétés de désintégration. Pourtant, nos nouvelles mesures montrent un exemple de différence sensible des vitesses de désintégration." En analysant les propriétés de désintégration de plus de 200 millions de paires de mésons B et mésons anti-B, les chercheurs ont décelé une asymétrie frappante. "Nous avons découvert 910 cas de mésons B se désintégrant en kaon et pion, contre 696 pour le méson anti-B", a déclaré M. Giorgi. C'est la première fois qu'une telle asymétrie est observée par simple comptage du nombre de désintégrations de mésons B et de mésons anti-B dans le même état final. Cet effet est connu sous le nom de violation de symétrie CP. "Il s'agit d'un indice puissant et convaincant de violation directe de symétrie CP au niveau des désintégrations des B, un type d'asymétrie matière-antimatière dont on supposait l'existence, mais qui n'avait jamais été observé auparavant", a ajouté Christos Touramanis, principal chercheur du projet BABAR à l'université de Liverpool. "Grâce à cette découverte, le modèle complet des asymétries matière-antimatière s'assemble pour former un tableau cohérent." Le professeur Ian Halliday, directeur du Conseil britannique de la recherche en physique des particules et en astronomie et l'un des cofondateurs de l'initiative BABAR, a conclu en ses termes: "Nous ne savons toujours pas exactement de quelle manière l'univers dominé par la matière dans lequel nous vivons a évolué. Cependant, ce nouveau résultat et les mesures connexes réalisées récemment dans le cadre de BABAR et d'autres expériences dans le monde ont fait grandement progresser notre compréhension de cette problématique." Le professeur Halliday a toutefois ajouté: "Il reste beaucoup de choses à découvrir et à apprendre dans ce domaine fondamental."
Pays
Allemagne, France, Italie, Pays-Bas, Norvège, Russie, Royaume-Uni