18/06/2012 - Antimatière, matière noire et énergie noire

Menéame

La antimatière, la matière noire et la énergie sombre Ce sont trois choses tout à fait différentes, contrairement à ce que beaucoup de gens comprennent. Voyons une description simple et brève de chacune, sans trop approfondir, pour essayer de désarmer un peu cette confusion.

Antimatière

La antimatière C’est comme la matière ordinaire dont nous sommes faits, mais faite de particules dont la charge électrique est changée de signe. Un anti-électron (pour des raisons historiques également connu sous le nom positron), par exemple, est une particule égale à l’électron, avec sa même masse et sa même charge mais de signe électrique positif (l’électron a une charge négative). Et un antiproton est une particule avec la même quantité de masse et de charge d’un proton, mais avec une charge de signe électrique négatif. L’antimatière est formée avec des antiparticules: de même qu’un atome d’hydrogène consiste en un électron orbitant autour d’un proton, si nous jouions un antiproton avec un anti-électron, nous pourrions avoir un atome d’anti-hydrogène, ce qui a été réalisé dans le CERN, par fractions de seconde.

L’antimatière n’est pas une question de science-fiction. Il a été théoriquement prédit et découvert expérimentalement il y a presque un siècle. Il y a plusieurs décennies, il a même une application technologique en médecine, dans la tomographie par émission de positrons, bien que son utilisation comme source d’énergie soit loin d’être une réalité. Il reste encore beaucoup de questions scientifiques à lui poser, mais c’est la moins énigmatique des trois.

Matière noire

En ce qui concerne la matière noireD’un autre côté, nous n’avons pas la moindre idée de ce qu’il est. Pour expliquer pourquoi on en parle, on part de zéro. Les planètes du système solaire sont en équilibre sur une orbite autour du soleil, et pour que cet équilibre soit maintenu, la force de gravité exercée par le Soleil sur chacun d’eux doit être juste et nécessaire; si la force augmente, elle attirerait trop la planète et le Soleils l’engloutirait, et si elle se détériore, la planète ne serait pas attirée suffisamment et sortirait du système. Plus précisément, il y a trois variables qui doivent être équilibrées: la masse de la planète, sa distance vers le Soleil, et la vitesse avec laquelle elle tourne autour de celle-ci. C’est une loi générale appelée conservation du moment angulaire, qui s’applique à toutes les choses et pas seulement au système solaire, y compris les galaxies. Or, notre galaxie est faite de milliards d’étoiles qui tournent autour du centre, notre soleil étant l’une d’elles. De même que les planètes de notre système solaire gardent un certain équilibre entre leur distance au Soleil, leur masse et leur vitesse orbitale, de même les étoiles de notre galaxie et tous les corps célestes, nébuleux et matière sous toutes leurs formes, elles devraient également respecter ce même équilibre entre leur distances au centre de la Voie Lactée, leur masse, et la vitesse orbitaire. Mais à l’évidence, cela cesse d’être respecté alors que nous nous éloignons du centre de la galaxie, même si tout reste en équilibre. L’explication la plus simple est qu’en réalité la loi est respectée, ce qui se passe c’est qu’il y a beaucoup de masse " cachée" que nous ne pouvons pas voir pour une raison quelconque, ce qui serait nécessaire pour que la loi reste debout. Nous appelons cette masse invisible matière noire, pour des raisons évidentes. On pense qu’il est là, mais on ignore sa nature.

Il y a d’autres phénomènes physiques qui dénoncent aussi leur existence, en plus de celle mentionnée, comme par exemple les lentilles gravitationnelles, mais il y a beaucoup de discussions à ce sujet. Il pourrait même finir par être vrai que notre bien-aimée loi de conservation ne s’applique pas à grande échelle, ou bien il y a des jugements dans d’autres lois connexes, bien qu’il soit peu probable.

Énergie noire

Enfin, il y a énergie sombre. Si nous étions déconcertés avant, nous le sommes encore plus maintenant. L’univers est, comme nous le savons, en expansion depuis le Big Bang. Mais les galaxies exercent entre elles une force de gravité qui tend à les rapprocher, et donc à freiner l’expansion de l’univers. Jusqu'à récemment, nous n’étions pas sûrs que cette force était suffisante pour freiner l’expansion (et finalement tout comprimer à nouveau, comme un Big Bang inverse), ou s’il n’était pas suffisant, auquel cas la seule chose qu’il réussirait serait de ralentir l’expansion. Cependant, dans les années 90, on a découvert que la force d’attraction entre les galaxies n’est même pas suffisante pour ce dernier. L’Univers s’étend de plus en plus vite, ce que nous n’aurions jamais attendu, parce que cela nécessite quelque chose qui l’accélère. Et s’il y a une accélération, elle doit être due à une force pour l’instant mystérieuse. L’énergie qui produit cette force, absolument incompris, nous l’appelons énergie sombre.

Source CEA

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