Vers une meilleure compréhension de l'asymétrie matière/antimatière ?

Publié le par Dimitri Chuard

Selon la théorie du Big-Bang, l'Univers devrait contenir autant de matière que d'antimatière. Pourtant, il semble plein de... matière. Pourquoi ? Une explication serait que les lois qui régissent le comportement des particules élémentaires ne font pas jouer exactement les mêmes rôles à la matière et à l'antimatière. Les physiciens du Laboratoire américain Fermilab viennent de mettre en évidence une désintégration produisant sensiblement plus de matière que d'antimatière. Le modèle standard, la théorie en vigueur des particules et de leurs interactions, semble, pour la première fois, incapable d'expliquer une telle asymétrie.

Les particules d'antimatière sont des particules aux propriétés « symétriques » ; elles ont notamment une charge opposée à celles des particules correspondantes de matière. Quand une particule de matière rencontre son antiparticule, elles s'annihilent en produisant de l'énergie.

Les physiciens nomment « symétrie CP » la substitution des particules par leurs antiparticules. Cela revient dans les équations à inverser les charges – symétrie C – et à remplacer les mouvements par leurs images dans un miroir – la parité, notée P. Depuis les années 1960, on sait que certains processus qui devraient être symétriques (c'est-à-dire invariants par symétrie CP) ne le sont pas dans les faits. Les physiciens parlent de « violation de la symétrie CP ». Ceux du Fermilab en ont observé une trop grande pour être expliquée par la théorie.

Ils ont étudié pendant huit ans la désintégration de particules nommées mésons B et de leurs antiparticules. Les mésons B sont composés d'un antiquark « beauté », et d'un quark ; selon la nature de ce quark, on les nomme B+ (quark haut), B°d (quark bas), B°s (quark étrange) ou B°c (quark charme). Les mésons B sont produits au Fermilab, avec d'autres particules, dans des collisions de protons et d'antiprotons, à une énergie de 1,96 téraélectronvolt. Leurs désintégrations produisent une particule instable nommée muon et son antiparticule, nommée antimuon, qui en théorie devraient être produites en quantités égales. Or explique Dmitri Denisov, l'un des porte-parole de l'équipe DZero, « la désintégration des mésons B produit plus de muons (de la matière), que d'antimuons (de l'antimatière). » Cela correspond à une violation de la symétrie CP de l'ordre de un pour cent.

Ce n'est pas la première fois que les physiciens observent une violation de la symétrie CP avec les mésons B, puisqu'ils ont construits déjà plusieurs « usines à mésons B », des expériences dédiées à la production et à la désintégration de mésons B. Toutefois, la particularité de l'expérience DZero est d'avoir été construite pour mieux prendre en compte les B°s. Pendant leur très courte vie, les mésons B°d et B°s se transforment en leur antiparticules respectives et réciproquement (on dit qu'elles oscillent). « On pourrait s'attendre à ce que ces particules passent autant de temps sous forme de matière que d'antimatière », souligne D. Denisov. « Notre expérience suggère qu'elles " préfèrent " passer leur temps dans leur état de matière, » ce qui expliquerait la violation de symétrie CP significative constatée. L'origine de la domination apparente de la matière dans l'Univers se trouve-t-elle là ?

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