13/03/2012 - La structure interne de l'antioxydant est étudiée pour la première fois.

Menéame

Les premières mesures spectrospices d’un atome d’antimatière ont été réalisées par une équipe internationale de physiciens travaillant dans l’expérience ALPHA du CERN. Le travail est un progrès important vers la compréhension de pourquoi l’univers contient plus de matière que d’antimatière.

El anti-rogène - un état atomique lié d’un positron et d’un antiproton - a été généré pour la première fois dans le CERN à la fin de 1995. Au cours des deux dernières années, les physiciens qui travaillent dans l’expérience ALPHA ont augmenté notre compréhension de l’antimatière devenant les premiers à capturer et stocker des antiatomes pendant suffisamment de temps pour les examiner en détail. Les chercheurs ont attrapé 38 atomes d’antioxydants au cours du cinquième d’une seconde en 2010 et ont ensuite perfectionné la technique pour attraper un total de 309 atomes d’athyhydrogène pendant 1000 secondes en 2011. Maintenant, le même équipement est le premier à démontrer qu’il est possible d’étudier la structure interne d’un atome d’antioxydant, en informant de la première mesure provisoire du spectre de l’antioxydant. Il est essentiel d’analyser le spectre de l’antimatière pour comprendre sa structure et déterminer exactement en quoi il diffère de la matière commune.

Attraper et maintenir

En parlant à physicsworld.com l’an dernier, le porte-parole d’ALPHA Jeffrey Hangst a esquissé le plan pour détecter le spectre d’antioxydant en utilisant des micro-ondes, et maintenant c’est exactement ce que l’équipe a fait en à peine neuf mois. Hangst dit qu’il était plus facile de le dire que de le faire, et qu’il est très fier de toute l’équipe ALPHA et de ce qu’il a accompli.

L’appareil ALPHA, qui utilise un piège de Penning pour maintenir l’antioxydant, a été considérablement modifié pour permettre l’injection de micro-ondes dans le piège. Dans un article publié aujourd'hui dans Nature, les chercheurs décrivent comment ils lancent d’abord des micro-ondes à une fréquence précise sur les atomes d’antioxydants pris au piège, ce qui entraîne une inversion de leur orientation magnétique. Le changement d’espion permet à la plupart des anti-atomes pris au piège de s’échapper du piège, parce que l’espion de l’antioxydant doit viser une direction fixe par rapport au champ magnétique pour rester dans le piège.

Antimatière dans les micro-ondes

"L’atome est comme une canique qui tourne dans un bol - il ne peut pas s’échapper," explique Hangst en se référant aux antiatomes pris. "Les micro-ondes font que l’espion soit inversé s’il a l’énergie 'résonante' appropriée. Alors c’est comme si la canique était au sommet d’une colline et roulait vers le bas - dans ce cas sur le mur du piège, où elle est anéantie," commente-t-il. Lorsque l’anti-androgène est détruit, il laisse un motif caractéristique dans les détecteurs de particules autour du piège, ce qui fournit des preuves de l’interaction résonnante. "C’est une autre chose vraiment nouvelle dans le travail avec antimatière... nous pouvons le faire avec un seul atome d’antioxydant. Avec un atome d’hydrogène serait impossible, car l’annihilation ne se produirait pas," explique Hangst.

Vérification indépendante et confirmation

Hangst explique que l’équipe a procédé à plusieurs vérifications indépendantes et a vérifié à plusieurs reprises ses statistiques, en exécutant six séries de mesures, afin de s ’, le cas échéant, que la méthode fonctionne avec autant de précision que possible. L’un des contrôles utilisés dans l’expérience est d’injecter des micro-ondes à la fréquence incorrecte - le mode " hors IRM " - et de s’assurer qu’aucun anti-atome n’est libéré. Hangst souligne, cependant, que manipuler les épines des anti-atomes dans la confination d’un piège magnétique est difficile parce que l’espace libre serait un environnement beaucoup plus propice. Malheureusement, comme l’antioxydant est un atome neutre, il est extrêmement difficile de synthétiser et de stocker, et ne peut être maintenu que dans les limites du piège magnétostatique. Sans tenir compte des difficultés, l’équipe ALPHA continuera à observer différents types de transitions qui sont moins sensibles aux champs magnétiques du piège. " Enfin, nous voulons étudier la structure de l’antimatière de telle sorte que nous puissions mesurer avec précision l’instant dipolaire magnétique - l’une des propriétés les plus fondamentales - de l’antimatière," dit Hangst.

Hangst souligne également que la réussite de l’année dernière à attraper l’anti-oxydant pendant 1000 secondes a été essentielle au succès de l’expérience actuelle. "C’est de ça qu’il s’agissait de l’attraper pendant 1000 secondes. Bien que nous n’ayons finalement besoin que de 240 secondes pour cette expérience, il était critique de savoir que nous avions 1000 secondes si nécessaire," affirme-t-il.

Observer avec des lasers

L’équipe a réalisé six séries d’expériences et a conclu qu’elle avait observé des transitions résonantes quantiques dans les atomes d’antimatière piégés et que cela était sur le point de nous permettre de comparer avec précision les spectres d’hydrogène et d’antioxydant. Ceci est essentiel car les différences entre la structure des atomes et des antiatomes pourraient expliquer pourquoi l’univers a évolué pour contenir beaucoup plus de matière que d’antimatière.

Dans les mois à venir, Hangst et l’équipe démanteleront la configuration actuelle d’ALPHA pour construire ALPHA 2 - un appareil comprenant des lasers qui permettront à l’équipe de réaliser une spectroscopie laser de précision. Cela se fera en observant les niveaux d’énergie du système d’anti-androgène - par exemple l’énergie orbitale du positron autour de l’antiproton. Les chercheurs prévoient la mise en service et le démarrage de l’ALPHA 2 en mai de cette année, puis le long processus de perfectionnement de l’appareil commencera.

Pour le moment, ces premières mesures du spectre antimatière sont "l’idée après les expériences antimatière du CERN," selon Hangst. "C’est une découverte historique... maintenant nous savons que nous pouvons continuer à trouver des valeurs meilleures et plus précises," souligne-t-il.

Avec des membres de sept pays, l’équipe ALPHA a partagé le prix Physics World 2010 Breakthrough of the Year pour sa capture de l’antioxydant

Auteur:Tushna Commissariat

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