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Au Cern, des atomes d'antimatière manipulés pour la première fois au laser
Actualités

Au Cern, des atomes d'antimatière manipulés pour la première fois au laser

Les membres de la collaboration ALPHA, basée au Cern, ont annoncé avoir réussi à refroidir pour la première fois un échantillon d’antimatière à un niveau proche du zéro absolu, grâce à un système laser. De quoi faire avancer considérablement la recherche sur l'antimatière et ses mystères.

Jamais l’antimatière n’avait été triturée sous le faisceau d’un laser. C’est désormais chose faite : la collaboration ALPHA, pour Antihydrogen Laser PHysics Apparatus, basée au Cern, a annoncé la première manipulation d’antimatière par laser au monde dans le but d’en refroidir un échantillon à un niveau proche du zéro absolu. La prouesse, qui fait l’objet de la couverture de la revue Nature mercredi 31 mars 2021, "modifiera considérablement le paysage de la recherche sur l'antimatière et fera progresser la prochaine génération d’expériences", ont annoncé dans leur communiqué les physiciens membres d’ALPHA, expérience active depuis 2005 à laquelle participe un grand nombre d'institutions différentes.

Résoudre l'énigme de l'antimatière

Derrière ces résultats, l’espoir de résoudre un jour des mystères que les chercheurs les plus chevronnés n’arrivent toujours pas à percer : si à chaque particule de matière correspond une antiparticule, où sont donc passées ces antiparticules que l’on observe que de façon extrêmement rare dans l’Univers ? Comment l'antimatière réagit-elle à la gravité ? Peut-elle nous aider à comprendre les symétries en physique ?

Pour bien saisir les enjeux derrière cette annonce de manipulation d’antiparticule au laser, il est nécessaire de rappeler ce qu’est l’antimatière. Selon le modèle cosmologique standard, lors du Big Bang, il s’est formé autant de matière que d’antimatière. Mais cette symétrie a été brisée pour aboutir à l’Univers tel que nous le connaissons aujourd’hui : un monde où la matière domine. Depuis, l’anti-matière n’apparaît — et donc ne s’observe — qu’au cours des collisions entre particules, soit au sein des accélérateurs de particules, soit lors de l’impact des rayons cosmiques. Plus problématique encore, les atomes d’antimatière s'annihilent au contact de la matière ! De quoi les rendre particulièrement difficiles à créer et à contrôler. C’est donc là tout l’intérêt du froid : à une température proche du zéro absolu, les atomes se "calment", et peuvent donc apparaître plus longtemps lorsqu'ils sont piégés magnétiquement.

Refroidir pour mieux observer

Après avoir réussi à créer et piéger en 2011 de l’anti-hydrogène pendant mille secondes — un record mondial—, ALPHA continue de manipuler des anti-atomes pour en traquer les secrets. Plus concrètement, son objectif est de tester ce que l’on appelle la symétrie CPT, pour Charge, Particule et Temps — la fameuse symétrie entre matière et antimatière violée pour on ne sait quelle raison lors des premiers instants de l’Univers. "Nous étudions les symétries entre la matière et l'antimatière en effectuant des mesures de précision sur l'antihydrogène et en les comparant à l'hydrogène normal", résume pour Sciences et Avenir Makoto Fujiwara, physicien et porte-parole d'ALPHA-Canada, qui fut le premier à promouvoir l'idée du refroidissement d’anti-atomes par laser. Le tout dans l’espoir de saisir la raison pour laquelle l'Univers est principalement constitué de matière et non de parties égales de matière et d'antimatière comme le prédisent les modèles du Big Bang.

L’une des méthodes mises au point par la physique moderne pour étudier les atomes est précisément le refroidissement et la manipulation par laser. Introduite il y a 40 ans, la technique a révolutionné la discipline, au point de permettre la réalisation de plusieurs expériences couronnées par des prix Nobel. Mais comment un laser est-il capable de refroidir, lui qu'on imagine plutôt surchauffer la matière ? Soumis au laser, les atomes et anti-atomes absorbent les photons, puis les réémettent. Ce sont ces cycles "absorption-émission" répétés qui entraînent leur refroidissement et limitent leurs mouvements.

Près d’un demi-siècle plus tard, l’équipe de la collaboration ALPHA a donc franchi une nouvelle étape : appliquer cette manipulation par le froid à des anti-atomes. En refroidissant un échantillon d’atomes d’antihydrogène retenus dans un piège magnétique, l'équipe est donc parvenue à observer à plusieurs reprises, pendant plusieurs heures, les anti-atomes lors de leur passage du niveau d’énergie le plus bas (l’état 1S, ou état fondamendal) au niveau le plus élevé (2P), grâce à une lumière laser pulsée à une fréquence légèrement inférieure à celle de la transition entre ces deux états. Une grande quantité d’anti-atomes a ainsi atteint des énergies inférieures à un microélectronvolt, soit l’équivalent d’environ 0,012 °C au-dessus du zéro absolu en termes de température.

Vers une "fontaine d'anti-atomes" ?

"Les précisions des expériences en cours seront considérablement améliorées par le refroidissement par laser", explique Makoto Fujiwara. "Ce résultat ouvre le champ des possibles en matière d'expériences d'un genre entièrement nouveau, qui étaient auparavant impensables." Takamasa Momose, le chercheur de l'Université de Colombie-Britannique (UBC) au sein de l'équipe canadienne d'ALPHA (ALPHA-Canada) qui a dirigé le développement du laser, poursuit dans le communiqué : "Les résultats d'aujourd'hui sont l'aboutissement d'un programme de recherche et d'ingénierie de plusieurs années."

Les deux chercheurs travaillent actuellement sur un nouveau projet canadien, baptisé HAICU, qui vise à développer de nouvelles techniques quantiques pour l'étude de l'antimatière. "Mon prochain rêve est de créer une 'fontaine -' en lançant dans l'espace libre l'antimatière refroidie par laser. Une telle réalisation permettrait d'ouvrir la voie à une toute nouvelle catégorie de mesures quantiques, impensables jusqu'ici", confie Makoto Fujiwara, tout en ajoutant que pour le moment, "l'effort actuel se concentre sur la nouvelle expérience ALPHA-g, qui mesurera pour la première fois la force gravitationnelle sur l'antimatière".


Source : Marine Benoit / Sciences et Avenir
Crédit : Chukman So/TRIUMF

Une iIllustration du mouvement d'un atome d'antihydrogène dans le piège magnétique ALPHA, avant (gris) et après (bleu) le refroidissement par laser. Les images montrent différentes longueurs de la trajectoire de l'antihydrogène.

Au Cern, des atomes d'antimatière manipulés pour la première fois au laser Actualités

Au Cern, des atomes d'antimatière manipulés pour la première fois au laser

Les membres de la collaboration ALPHA, basée au Cern, ont annoncé avoir réussi à refroidir pour la première fois un échantillon d’antimatière à un niveau proche du zéro absolu, grâce à un système laser. De quoi faire avancer considérablement la recherche sur l'antimatière et ses mystères.

Jamais l’antimatière n’avait été triturée sous le faisceau d’un laser. C’est désormais chose faite : la collaboration ALPHA, pour Antihydrogen Laser PHysics Apparatus, basée au Cern, a annoncé la première manipulation d’antimatière par laser au monde dans le but d’en refroidir un échantillon à un niveau proche du zéro absolu. La prouesse, qui fait l’objet de la couverture de la revue Nature mercredi 31 mars 2021, "modifiera considérablement le paysage de la recherche sur l'antimatière et fera progresser la prochaine génération d’expériences", ont annoncé dans leur communiqué les physiciens membres d’ALPHA, expérience active depuis 2005 à laquelle participe un grand nombre d'institutions différentes.

Résoudre l'énigme de l'antimatière

Derrière ces résultats, l’espoir de résoudre un jour des mystères que les chercheurs les plus chevronnés n’arrivent toujours pas à percer : si à chaque particule de matière correspond une antiparticule, où sont donc passées ces antiparticules que l’on observe que de façon extrêmement rare dans l’Univers ? Comment l'antimatière réagit-elle à la gravité ? Peut-elle nous aider à comprendre les symétries en physique ?

Pour bien saisir les enjeux derrière cette annonce de manipulation d’antiparticule au laser, il est nécessaire de rappeler ce qu’est l’antimatière. Selon le modèle cosmologique standard, lors du Big Bang, il s’est formé autant de matière que d’antimatière. Mais cette symétrie a été brisée pour aboutir à l’Univers tel que nous le connaissons aujourd’hui : un monde où la matière domine. Depuis, l’anti-matière n’apparaît — et donc ne s’observe — qu’au cours des collisions entre particules, soit au sein des accélérateurs de particules, soit lors de l’impact des rayons cosmiques. Plus problématique encore, les atomes d’antimatière s'annihilent au contact de la matière ! De quoi les rendre particulièrement difficiles à créer et à contrôler. C’est donc là tout l’intérêt du froid : à une température proche du zéro absolu, les atomes se "calment", et peuvent donc apparaître plus longtemps lorsqu'ils sont piégés magnétiquement.

Refroidir pour mieux observer

Après avoir réussi à créer et piéger en 2011 de l’anti-hydrogène pendant mille secondes — un record mondial—, ALPHA continue de manipuler des anti-atomes pour en traquer les secrets. Plus concrètement, son objectif est de tester ce que l’on appelle la symétrie CPT, pour Charge, Particule et Temps — la fameuse symétrie entre matière et antimatière violée pour on ne sait quelle raison lors des premiers instants de l’Univers. "Nous étudions les symétries entre la matière et l'antimatière en effectuant des mesures de précision sur l'antihydrogène et en les comparant à l'hydrogène normal", résume pour Sciences et Avenir Makoto Fujiwara, physicien et porte-parole d'ALPHA-Canada, qui fut le premier à promouvoir l'idée du refroidissement d’anti-atomes par laser. Le tout dans l’espoir de saisir la raison pour laquelle l'Univers est principalement constitué de matière et non de parties égales de matière et d'antimatière comme le prédisent les modèles du Big Bang.

L’une des méthodes mises au point par la physique moderne pour étudier les atomes est précisément le refroidissement et la manipulation par laser. Introduite il y a 40 ans, la technique a révolutionné la discipline, au point de permettre la réalisation de plusieurs expériences couronnées par des prix Nobel. Mais comment un laser est-il capable de refroidir, lui qu'on imagine plutôt surchauffer la matière ? Soumis au laser, les atomes et anti-atomes absorbent les photons, puis les réémettent. Ce sont ces cycles "absorption-émission" répétés qui entraînent leur refroidissement et limitent leurs mouvements.

Près d’un demi-siècle plus tard, l’équipe de la collaboration ALPHA a donc franchi une nouvelle étape : appliquer cette manipulation par le froid à des anti-atomes. En refroidissant un échantillon d’atomes d’antihydrogène retenus dans un piège magnétique, l'équipe est donc parvenue à observer à plusieurs reprises, pendant plusieurs heures, les anti-atomes lors de leur passage du niveau d’énergie le plus bas (l’état 1S, ou état fondamendal) au niveau le plus élevé (2P), grâce à une lumière laser pulsée à une fréquence légèrement inférieure à celle de la transition entre ces deux états. Une grande quantité d’anti-atomes a ainsi atteint des énergies inférieures à un microélectronvolt, soit l’équivalent d’environ 0,012 °C au-dessus du zéro absolu en termes de température.

Vers une "fontaine d'anti-atomes" ?

"Les précisions des expériences en cours seront considérablement améliorées par le refroidissement par laser", explique Makoto Fujiwara. "Ce résultat ouvre le champ des possibles en matière d'expériences d'un genre entièrement nouveau, qui étaient auparavant impensables." Takamasa Momose, le chercheur de l'Université de Colombie-Britannique (UBC) au sein de l'équipe canadienne d'ALPHA (ALPHA-Canada) qui a dirigé le développement du laser, poursuit dans le communiqué : "Les résultats d'aujourd'hui sont l'aboutissement d'un programme de recherche et d'ingénierie de plusieurs années."

Les deux chercheurs travaillent actuellement sur un nouveau projet canadien, baptisé HAICU, qui vise à développer de nouvelles techniques quantiques pour l'étude de l'antimatière. "Mon prochain rêve est de créer une 'fontaine -' en lançant dans l'espace libre l'antimatière refroidie par laser. Une telle réalisation permettrait d'ouvrir la voie à une toute nouvelle catégorie de mesures quantiques, impensables jusqu'ici", confie Makoto Fujiwara, tout en ajoutant que pour le moment, "l'effort actuel se concentre sur la nouvelle expérience ALPHA-g, qui mesurera pour la première fois la force gravitationnelle sur l'antimatière".


Source : Marine Benoit / Sciences et Avenir
Crédit : Chukman So/TRIUMF

Une iIllustration du mouvement d'un atome d'antihydrogène dans le piège magnétique ALPHA, avant (gris) et après (bleu) le refroidissement par laser. Les images montrent différentes longueurs de la trajectoire de l'antihydrogène.

LE GUIDE Naturellement

Agenda . . .

11 - Aude

►Jusqu'au 5 janvier 

EXPOSITION
"ESCALE EN MÉDITERRANÉE ROMAINE – LES PORTS ANTIQUES DE NARBONNE"

À travers plus de 150 objets, cette exposition met en valeur les principaux sites du système portuaire narbonnais, inscrit le port de Narbo Martius dans le réseau des ports de commerce romains de Méditerranée occidentale, et détaille ses activités et métiers. Cette exposition place le public dans un rôle d'archéologue et lui fait vivre une expérience sensorielle unique.

EPCC Narbo Via
2 avenue André Mècle
11100 Narbonne
04 68 90 28 90
https://narbovia.fr

21 - Côte d'Or

►Jusqu'au 5 janvier 

EXPOSITION 
"OCÉAN, ICI COMMENCE LA VIE"

Une exposition fascinante, captivante pour explorer, observer, découvrir, admirer, comprendre, agir… et prendre conscience de l'importance cruciale de l'océan dans l'équilibre de notre planète.

Le Jardin de l'Arquebuse
1 avenue Albert 1er & 14 rue Jehan de Marville 
21000 Dijon
03 80 48 82 00
www.ma-nature.dijon.fr

25 - Doubs

►Jusqu'au 9 mars 

EXPOSITION 
"À L'AFFÛT"

À travers son art, le photographe animalier et grand voyageur, exprime ses rêves, ses émotions et ses rencontres en captant l'instant, celui de l’animal au cœur de son environnement. 

Saline royale
Grande Rue
25610 Arc et Senans
03 81 54 45 13
www.salineroyale.com

26 - Drôme

►Jusqu'au 31 janvier 

ACTIVITE 3-11 ANS
LA FERME AUX CROCODILES

Le Père Noël est passé chez les crocos… et il est joueur ! Le Père Noël a caché 6 paquets cadeaux dans notre Réserve Tropicale. Les enfants doivent les retrouver et deviner à quel animal appartient chaque cadeau. Des indices et un plan les aideront à mener à bien cette mission !

La Ferme aux Crocodiles
395 allée de Beauplan
26700 Pierrelatte
04 75 04 47 42
www.lafermeauxcrocodiles.com

►Jusqu'au 5 janvier

ANIMATIONS GRATUITES
LA FERME AUX CROCODILES

10h30 : RDV animalier avec les oiseaux - 11h30 : RDV animalier avec les tortues géantes - 12h00 : Documentaires à l'amphithéatre - 14h00 : RDV animalier avec les iguanes - 15h00 : tout sur le crocodile - 16h00 RDV animalier avec les oiseaux. Contes du Baobab du 21 au 23 décembre. Rencontre avec la mascotte le 24 décembre.

La Ferme aux Crocodiles
395 allée de Beauplan
26700 Pierrelatte
04 75 04 47 42
www.lafermeauxcrocodiles.com

34 - Hérault

►Jusqu'au 9 mars 

EXPOSITION
"TISSER L'IMAGINAIRE"

Construite en partenariat avec le Mobilier national, l’exposition explore la notion d’Imaginaires dans l’art de la tapisserie. Récit d’aventures imaginaires transposées, illustration de contes et de fables, exploration de sentiments, de visions de l’esprit, représentations d’ailleurs imaginés ou rêvés, l’exposition montre les différentes formes que peut prendre l’imaginaire selon les artistes, les époques.

Musée de Lodève
Square George Auric
34700 Lodève
04 67 88 86 10
www.museedelodeve.fr

37 - Indre et Loire

►Jusqu'au 5 janvier

"NOEL AU PAYS DES CHÂTEAUX, CHENONCEAU, UN NOËL DE PORCELAINE"

En partenariat avec la maison Bernadaud, le Château de Chenonceau propose une visite autour de la spécialité de cette famille depuis 5 générations : la porcelaine de Limoges. Découvrez l'association de deux savoirs-faire : la porcelaine et l’art de la table d’un côté et les compositions florales de l’Atelier floral du Château de Chenonceau de l’autre.

Château de Chenonceau
37150 Chenonceaux
02 47 23 44 06
www.chenonceau.com

38 - Isère

►Jusqu'au 30 mars 

EXPOSITION
"ARCABAS, L’ÉTOFFE HAUTE EN COULEUR"

Outre les toiles de jute et l’impression sur soie que l’on retrouve dans l’église de Saint-Hugues, l’exposition présente des objets textiles conçus par Arcabas. Dans son œuvre picturale dont certains tableaux sont également présentés, les motifs des costumes, les drapés témoignent d’une recherche plastique constante.

Musée arcabas en Chartreuse
Eglise de Saint-Hugues
38380 Saint-Pierre-de-Chartreuse
04 76 88 65 01
https://musees.isere.fr

42 - Loire

►Jusqu'au 5 janvier 

EXPOSITION 
"POUPÉE N’EST PAS JOUER" 

L’exposition est consacrée aux différentes fonctions que peut prendre la poupée dans notre société quand elle n’est plus un simple jouet destiné aux enfants. Elle devient alors support de réflexion et d’analyse sur des phénomènes d’ordre historique, anthropologique, médical, social ou artistique...

Musée d’Allard
13 boulevard de la Préfecture
42600 Montbrison
04 77 96 39 15
www.facebook.com/museeallard

63 - Puy de Dôme

►Jusqu'au 23 février 

EXPOSITIONS
"DOUBLE PARADISO"

L'exposition Double Paradiso a ouvert ses portes. Du jardin des délices à la forêt du Petit chaperon rouge, embarquez pour un voyage imaginaire qui vous mènera dans l'univers captivant de Matteo CIbic, talentueux designer italien. Ses créations hybrides et humoristiques viendront ponctuer votre découverte de l'exposition présentée simultanément au musée Mandet et au Musée régional d'Auvergne.

Musée Mandet
14 rue de l’Hôtel de Ville - 63200 Riom
Musée régional d’Auvergne
10 bis rue Delille - 63200 Riom
04 73 38 18 53
www.rlv.eu/musees

67 - Bas-Rhin

►Jusqu'au 5 janvier 

EXPOSITION MUSÉE LALIQUE
"HAPPY CRISTAL"

Happy Cristal revient chaque mois de décembre pour célébrer les fêtes de fin d’année au musée Lalique. C’est l’occasion, au travers de cette exposition-évènement, de mettre en avant les créations récentes de la cristallerie et de les faire vivre dans des mises en scène qui invitent au rêve, à l’évasion.

Musée Lalique
40 rue du Hochberg
67290 Wingen-sur-Moder
03 88 89 08 14
www.musee-lalique.com

►Jusqu'au 22 février 

EXPOSITION
"CLEMENCEAU CROQUÉ PAR SEM"

Le parcours de l’exposition-focus présente les débuts artistiques de Sem, le chroniqueur de la Belle Époque. Le parcours aborde sa carrière dans la presse et sa brève collaboration avec Clemenceau en 1913. Au moment où la guerre éclate, Sem devient correspondant de guerre pour plusieurs journaux et profite de cette période pour peaufiner l’imagerie clemenciste.

Musée Clemenceau
8 rue Benjamin Franklin
75116 Paris
01 45 20 53 41
https://musee-clemenceau.fr

►Jusqu'au 11 mai 

EMPREINTE CARBONE, L'EXPO !

Conçue pour un public familial et articulée en trois parties, Empreinte carbone, l’expo ! vise à déconstruire les présupposés et les idées reçues sur notre empreinte carbone, à en examiner les mécanismes et à proposer aux visiteurs un espace de réflexion sur les actions à mener face au défi du changement climatique. 

Musée des Arts et Métiers
60 rue Réaumur
75003 Paris
01 53 01 82 63
www.arts-et-metiers.net

77 - Seine et Marne

►Jusqu'au 5 janvier

"LE GRAND NOEL"
VAUX-LE-VICOMTE

Vaux-le-Vicomte vous invite à plonger dans l’univers des contes pour sa nouvelle édition du Grand Noël. Entre décors somptueux, feux de cheminée et projections monumentales, laissez-vous émerveiller. 
Une expérience magique pour toute la famille en compagnie de Casse-Noisette, Blanche Neige ou encore Alice au Pays des Merveilles. 

Château de Vaux-le-Vicomte
77950 Maincy
https://vaux-le-vicomte.com

84 - Vaucluse

►Les 23 é 24 janvier

CONTES AUTOUR DU MONDE
"À VOL D'OISEAU"

Cette lecture ornithologique nous entraîne entre orient et occident, imaginaire et réel, air et terre, au gré de contes et de chants d’oiseaux. Elle mêle les patrimoines de tradition orale et de la nature à celui du musée d’arts décoratifs et refuge de la Ligue pour la Protection des Oiseaux.

Musée Louis Vouland
17 rue Victor Hugo
84000 Avignon
04 90 86 03 79
www.vouland.com

►Jusqu'au 30 avril 

EXPOSITION 
"LES LIEUX IMAGINAIRES" 

A travers le travail de quelques artistes et architectes, nous nous interrogerons sur les façons et les lieux où nous vivrons dans l’avenir. Entre vénération du présent, visions futuristes et perspectives révolutionnaires offertes par l’intelligence artificielle, il s'agira de scénarios pour les nouvelles générations, fondés sur une profonde compréhension du passé.  

Château de Lourmarin
2 avenue Laurent Vibert
84160 Lourmarin
04 90 68 15 23
www.chateaudelourmarin.com

Lieux:
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