Mise à jour le 11 Décembre 2010
                                                                                                                                                    
     
CONFÉRENCE de Gabriel CHARDIN
CSNSM, CNRS/IN2P3
"L’ASYMÉTRIE MATIÈRE ANTIMATIÈRE"
Organisée par la SAF
Dans ses locaux, 3 rue Beethoven, Paris XVI
 
Le Samedi 20 Novembre 2010 à 15H00
à l'occasion de la réunion de la Commission de Cosmologie.
 
Photos : JPM pour l'ambiance. (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos si nécessaire
(Gabriel Chardin a eu la gentillesse de nous donner sa présentation complète (en pdf) elle est disponible sur le site de la SAF et également disponible sur ma liaison ftp au téléchargement et s'appelle. SAF_Chardin_matiere-antimatiere-nov10.pdf. elle est dans le dossier COSMOLOGIE SAF de la saison 2010-2011, ).
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.
Pour info les actualités cosmo présentées ce jour là sont aussi disponibles sur le site de la commission.
 
 
 
BREF COMPTE RENDU
CR succinct étant donné que la présentation de l’auteur est disponible.
 
Belle salle bien pleine pour une conférence qui fait bouillir les neurones !
 
 
 
Gabriel Chardin est Directeur du CSNSM (Centre de Spectrométrie Nucléaire et de Spectrométrie de Masse) qui dépend de l’Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules (IN2P3), et se trouve sur le campus de l’Université de Paris Sud à Orsay.
 
Les recherches du CSNSM couvrent un très large éventail de domaines : structure du noyau et interactions fondamentales, physique du solide, irradiation des matériaux, étude élémentaire et isotopique des composants de la terre et l’univers, astrophysique.
 
Gabriel Chardin a travaillé au CEA (DAPNIA) et a participé à l’expérience Edelweiss, avant de devenir Directeur du CSNSM.
 
Sa dernière conférence a été donnée il y a quelques jours aux RCE 2010.
 
 
 
 
 
 
Le sujet d’aujourd’hui est un sujet éminemment important pour la physique actuelle : on sait qu’il y a eu au moment de la création de l’Univers (Big Bang) autant de matière que d’antimatière.
Mais aujourd’hui, nous ne sommes faits que de matière ; où est donc passée l’antimatière ?
 
 
Le modèle standard.
On rappelle :
Les Fermions sont des particules liées à la matière, ce sont tout ce que l’on connaît : les atomes et les molécules
Les Bosons, sont les « messagers » des Forces de la nature (qui sont au nombre de 4) le photon est le plus connu de tous
 
Il y a 3 paires de quarks (en plus des anti quarks bien sûr), seuls up et down sont intéressants pour nous pour le moment
Les quarks sont des particules très sociables : ils ne vivent  qu’en groupe
Les quarks constituent le tissu de la matière : les protons et les neutrons
 
Il y a six types de leptons (en plus des anti bien sûr). Les plus connus : l’électron et le neutrino
Contrairement aux quarks, les leptons sont des particules solitaires
Beaucoup sont instables et ne se trouvent pas (plus) dans la nature
 
 
Il reste aujourd’hui un MILLIARDIÈME de l’antimatière initiale, pourquoi ?
Le Modèle Standard ne semble pas en mesure d'expliquer la dissymétrie entre les quantités de matière et d'antimatière du début de l'Univers pour reproduire ce qui est observable aujourd'hui
 
 
L’antimatière a été imaginée par le physicien britannique Paul Dirac, qui en 1930 invente le concept d'anti-électron (le positron) car une de ses équations avait théoriquement deux solutions, la particule inverse de l'électron était née.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LES SYMÉTRIES.
 
Particules et antiparticules ont :
·        Même masse
·        Même durée de vie totale (mais pas forcément de durée de vie partielle identique)
·        Charge opposée
·        Même moment magnétique
 
Les physiciens définissent 3 symétries miroir CPT : Charge, Parité, Temps.
 
Le théorème CPT.
 
L’Univers, sous certaines conditions, doit être invariant sous la transformation CPT ; c’est à dire que les lois de la physique sont invariantes lorsque les particules d'une interaction sont remplacées par leur antiparticule (C), les directions de l'espace sont inversées (P) et le temps est inversé (T).
 
Mais en 1956 on découvre la violation de la symétrie P pour les interactions faibles.
 
Et en 1964 on découvre la violation de la symétrie CP.
 
On soupçonne la gravitation de violer la symétrie CPT.
 
 
 
La symétrie combinée CPT a été vérifiée dans de nombreuses expériences.
 
 
L’ANTIMATIÈRE : LA MATIÈRE QUI REMONTE LE TEMPS.
 
On pense que le rapport matière/antimatière est lié au renversement du temps et que l’antimatière serait dans l’Univers non observable!
L’antimatière se conduirait comme de la matière qui remonterait le temps.
Par exemple un positron serait un électron qui remonterait le temps.
 
 
Sakharov a émis trois conditions qui si elles sont satisfaites, impliquent qu’il y ait autant de matière que d’antimatière (cela s’appelle la baryogénèse).
Ceci est résumé sur la diapo ci-contre.
 
** Violation du nombre baryonique : (voir ma présentation sur le Big Bang pour ceux qui ont oublié les différents types de particules), c'est à dire que la quantité de matière qui est le nombre de quarks moins le nombre d'anti-quarks n'est pas conservée dans certaines réactions
** Violation CP : dissymétrie matière anti-matière
** Présence d'un déséquilibre thermodynamique qui était certainement possible au moment du Big Bang. C’est cette dernière condition (très dure) qui fait que nous sommes là !
 
 
 
Il y a effectivement un léger déséquilibre en faveur de la matière dans le rapport un milliard pour un.
 
Mais plus on se rapproche de l’époque du Big Bang, plus matière et antimatière sont présentes en quantités égales.
Jusqu’à 10-5s, il y a autant de matière que d’antimatière !
Après 10-5s, l’antimatière disparaît en quelques minutes !
 
Quand la température diminue (avec l’expansion), matière et antimatière s’annihilent de plus en plus.
À notre époque, il n’y a pratiquement plus d’antimatière. Pourquoi ?
 
 
 
De nombreuses expériences sont menées pour tester les différentes violations de symétrie.
 
L’expérience CPLEAR : s’intéresse à la violation T.
(Texte du CEA)
Cette expérience, localisée au CERN, à Genève, est principalement destinée à la mesure de la violation de la symétrie temporelle T, dans la désintégration des kaons et des anti-kaons.
Ces particules sont produites à la suite de collisions entre protons et antiprotons.
Ces derniers proviennent de l’anneau de stockage d’antiprotons LEAR du CERN.
Les kaons ont la particularité de se transformer en antikaons et inversement.
Afin de mettre en évidence des violations de parité, les chercheurs ont mesuré la différence entre ces transformations de désintégration des kaons et des anti-kaons.
Parmi les nombreux résultats, les physiciens ont observés que les transformations des antikaons en kaons sont plus fréquentes que celle des kaons en antikaons, le processus inverse par renversement du temps.
Ainsi ils ont mis en évidence pour la première fois, de façon directe, la violation de symétrie temporelle T dans ce système faisant intervenir des particules élémentaires.
 
L’expérience BaBar : s’intéresse elle à la violation CP.
(Texte du CEA).
L’expérience BaBar est située à SLAC (Stanford Linear Accelerator Center), San Francisco (USA).
Elle est destinée à l'étude de la violation de la symétrie CP dans le système des mésons B.
Pour cela, Babar observera les taux de désintégration des mésons B et antimésons B, particules instables composées de quarks beaux, et générés grâce au collisionneur d'electrons-positons , baptisé PEP-II.
C’est en observant une asymétrie de ces taux de désintégration que l’ aura la on démonstration expérimentale d'une violation de la symétrie CP.
 
 
CONCLUSIONS.
 
·        L’antimatière apparaît comme la matière qui remonte le temps.
·        Il semble exister des voies de passage entre matière et antimatière
·        L’unification des forces prévoit des modes de désintégration du proton en positron et pi ; la matière se désintègre en antimatière.
·        Mais pour obtenir avec un accélérateur l’énergie nécessaire à cette unification des forces, celui-ci devrait être plus grand que le système solaire, puis regarder pendant quelques années, toute désintégration dans des détecteurs géants !
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN.
 
Ouvrages :
 
L'Antimatière : La matière qui remonte le temps par G Chardin chez Pommier
 
Le LHC peut-il produire des trous noirs , par G Chardin et M Spiro. Chez Pommier
 
Matières et antimatières par A Mazure et V Le Brun chez Dunod.
 
 
Liens Internet :
 
Le LHC et les deux infinis, CR de la conférence de M Spiro à la SAF.
 
Particules et Big Bang, CR de la conférence de M Spiro aux RCE 2008.
 
Conférence (ancienne) de G Chardin à la SAF sur l’antimatière.
 
L’antimatière (une présentation précédente à la SAF de G Chardin)
 
Antimatière : sa masse déterminerait le destin de l'Univers , dossier banque de savoirs Essonne.
 
Où est passée l'antimatière ? par C Thibault Universcience.
 
Les kaons et la violation de la symétrie CP par le CEA, document pdf.
 
Quelques notions sur la violation de CP, par le LHC, très clair et bien fait.
 
Le CERN apporte une réponse définitive à l'un des secrets les plus subtils de la Nature
 
Qu’est-ce que l’antimatière ? par Robert Paris ; pas mal du tout.
 
 
 
Bon ciel à tous
 
Jean Pierre Martin  SAF Commission de Cosmologie
www.planetastronomy.com
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