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Comment expliquer le paradoxe de notre propre existence ?

Crédits : Pixabay / PublicDomainPictures

Parmi les nombreuses questions sans réponse qui se dressent sur le chemin du modèle standard de physique, le mystère de la matière-antimatière est l’une des plus grandes. Mais les chercheurs du CERN pourraient bientôt expliquer le paradoxe de notre propre existence.

À l’échelle des particules élémentaires, il existe une symétrie presque parfaite entre matière et antimatière. À l’échelle cosmologique en revanche, nous vivons dans un Univers asymétrique puisque la matière est prépondérante par rapport à l’antimatière. Pourtant, les lois de la physique prédisent que pour chaque particule de matière régulière, il y a une antiparticule égale, mais opposée. Cela signifie que pour chaque électron chargé négativement, il y a un positron chargé positivement. Pour chaque atome d’hydrogène ordinaire, il y a un atome antihydrogène.

Si une antiparticule rencontre une particule régulière, les deux s’annuleront. Le problème se pose lorsque l’on considère que le modèle standard de physique prédit que le Big Bang aurait produit des quantités égales de particules de baryons dans les formes de matière et d’antimatière appelées matière baryonique et matière antibaryonique. Les baryons sont un type crucial de particule subatomique (les protons et neutrons qui composent la majeure partie de la masse de la matière visible dans l’Univers sont en fait des baryons) et le fait que nous nous sommes retrouvés avec d’autant plus de matière baryonique que de matière inverse est un problème puisque les quantités égales produites par le Big Bang auraient normalement dû s’annuler instantanément.

Le modèle standard ne peut certainement pas expliquer la surabondance de matière baryonique observée aujourd’hui. Alors, comment cette matière a-t-elle fait pour survivre ? La violation de la symétrie dans l’Univers implique le fait que les lois de la physique ne soient pas les mêmes pour les particules de matière et d’antimatière et les physiciens tentent depuis des années de comprendre où ces lois auraient pu diverger, un phénomène connu sous le nom de « Violation de la symétrie CP ».

C’est là qu’interviennent les chercheurs du CERN, en Suisse, et qu’entre en scène le grand collisionneur de hadrons (LHC). Pendant près d’un siècle, les scientifiques ont cherché des preuves de violation de CP dans les baryons. Les chercheurs ont alors produit d’énormes quantités d’un type spécifique de baryon (le baryon Λb0) et sa version antiparticule (Λb0-bar, et ont ensuite étudié la façon dont ces particules se désintègrent en un proton et deux mésons. « Ce processus est extrêmement rare et n’a jamais été observé précédemment », explique l’équipe. Les capacités du LHC auront permis aux chercheurs de recueillir un échantillon pur d’environ 6 000 de ces désintégrations.

Le fait que ces particules se désintègrent en composants séparés est important parce que toute différence significative — ou asymétrie — entre les quantités de matière et d’antimatière baryons serait le résultat de la violation de CP. Et c’est exactement ce que les chercheurs ont découvert. Les données ont en effet révélé un niveau significatif d’asymétries avec des différences de 20 % dans certains cas. Ainsi nous serions sur le point de résoudre l’un des mystères les plus importants de la physique moderne.

Malheureusement, les premières statistiques ne sont pas suffisamment robustes pour répondre à la question de savoir pourquoi il y a tant de matière dans l’Univers ou même si l’asymétrie observée tombe dans les limites du modèle standard. Mais compte tenu des instruments et des cerveaux que nous avons à disposition, il ne faudra pas attendre très longtemps avant que ces résultats soient renforcés ou infirmés.

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