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Des chercheurs refroidissent de l’antimatière à un niveau proche du zéro absolu avec un laser

Un laser sur mesure a permis de refroidir l’antimatière à une température proche du zéro absolu. Cette avancée révolutionnaire produit de l’antimatière plus froide que jamais et permet de réaliser une toute nouvelle catégorie d’expériences.

Ces travaux, réalisés par des chercheurs de la collaboration ALPHA du CERN, ont des implications importantes pour l’étude de l’antimatière et de ses propriétés, ainsi que pour les théories fondamentales de l’univers.

Illustration du mouvement d’un atome antihydrogène dans le piège magnétique, avant (gris) et après (bleu) le refroidissement. Chukman So/TRIUMF
Illustration du mouvement d’un atome antihydrogène dans le piège magnétique, avant (gris) et après (bleu) le refroidissement – Crédit : Chukman So/TRIUMF

Les lasers sont utilisés depuis des décennies pour refroidir des atomes jusqu’à une température proche du zéro absolu, la plus basse possible. Cependant, les scientifiques ont aujourd’hui réussi un exploit, puisqu’ils sont parvenus à refroidir de l’antihydrogène à des températures tout aussi basses. Nous connaissons l’antimatière depuis 93 ans, et notre capacité à faire des expériences avec cette matière a considérablement progressé. Il y a quelques années, des scientifiques avaient par exemple mesuré le magnétisme de l’antimatière.

L’antimatière est presque identique à la matière en termes de comportement et de caractéristiques, mais elle possède une charge opposée. Lorsque la matière et l’antimatière entrent en contact, elles s’annihilent mutuellement. L’expérimentation a été très difficile pour cette raison. Les atomes d’antimatière sont exceptionnellement difficiles à créer et à contrôler, et n’avaient encore jamais été refroidis par laser.

Comment les chercheurs ont-ils réussi cet exploit ?

Les scientifiques ont réussi à refroidir l’antimatière à une température proche d’un vingtième de degré seulement du zéro absolu en la capturant dans un piège magnétique et en l’exposant à une lumière laser concentrée. Par conséquent, l’antimatière est devenue plus de 3 000 fois plus froide que la température la plus froide enregistrée en Antarctique. Ce continent glacé avait récemment été frappé par une particule d’antimatière, créant une réaction surpuissante.

Les chercheurs ont dû concevoir un laser sur mesure. « Comme nous ne pouvons pas utiliser de laser à colorant conventionnel, nous avons dû concevoir le système laser à partir de zéro en utilisant des cristaux non linéaires (Ti:saphir). », a déclaré à Photonics Media Takamasa Momose, chercheur à l’université de Colombie-Britannique et concepteur du laser. Parmi les défis posés par la construction du laser, Momose a noté la pureté de la fréquence et les exigences de puissance élevée.

Ce laser pourra à l’avenir permettre aux scientifiques de créer en laboratoire des molécules d’antimatière. Il pourrait également permettre aux scientifiques de manipuler, d’étudier et de mesurer l’antimatière comme jamais auparavant.

Source : phys