Une différence spectaculaire de comportement entre matière et antimatière, qui constitue un nouveau pas dans l’"explication" de la disparition de l’antimatière, vient d’être découverte par les physiciens de l’expérience BaBar, au Centre de l’Accélérateur Linéaire de Stanford (SLAC), en Californie, a annoncé mardi le Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS).

Ces résultats, signés par les quelque 600 physiciens de la collaboration BaBar, parmi lesquels des Français, devraient être publiés ces jours-ci par la revue Physical Review Letters.

Si notre Univers n’est fait que de matière - aucune expérience n’a en effet jamais détecté d’antimatière - et si les antiparticules n’existent que sur Terre (créées artificiellement), à son "origine", matière et antimatière ont existé en quantités identiques : chaque particule est apparue accompagnée de son antiparticule, aux mêmes caractéristiques mais de charge électrique opposée. Moins d’une seconde après le Big-Bang, toutes les antiparticules (tout l’antimonde) avaient disparu, sans avoir laissé de trace.

Comme les particules et les antiparticules s’annihilent en se transformant en énergie, une légère asymétrie a donc dû apparaître très tôt pour que la matière prenne le dessus sur l’antimatière, très légèrement mais suffisamment pour donner naissance à notre monde. Alors que l’une semble être le reflet exact de l’autre, il pourrait donc ne pas en être tout à fait ainsi ; c’est ce que les physiciens tentent de mettre en évidence depuis plusieurs décennies.

Dans ce but, au SLAC, dans l’accélérateur PEP-II, les physiciens ont donc provoqué des collisions entre des électrons et des positrons (le positron est l’antiparticule de l’électron), qui produisent, par paires, des mésons B et des mésons anti-B (particules formées d’un quark et d’un antiquark). Ces particules se désintègrent à leur tour en particules plus légères telles que les pions et les kaons (des mésons également), que détecte BaBar.

En étudiant les désintégrations de plus de 200 millions de paires de B et d’anti-B, les chercheurs de BaBar ont trouvé 910 désintégrations de mésons B en un kaon et un pion, contre seulement 696 désintégrations de mésons anti-B. Ce résultat indique donc de façon claire une asymétrie de comportement entre matière et antimatière.

"C’est la première fois, soulignent le SLAC et le CNRS, qu’une différence apparaît dans le simple comptage de désintégrations de mésons B et anti-B, ce qui est la marque du phénomène de violation directe de la symétrie CP ("C" pour conjugaison de charge et "P" pour parité)."

Toutes les particules, affirment les physiciens, respectent un même théorème dit "CPT" (outre "C" et "P", "T" pour temps), qui est le produit de trois transformations (ou symétries). Si la première, la symétrie C est respectée, on peut remplacer une particule par une antiparticule ; si la deuxième, la symétrie P est respectée, on peut remplacer une particule par son image-miroir et si la troisième est respectée, on peut dérouler les phénomènes dans le sens inverse de celui dans lequel ils se sont produits.

Longtemps, les physiciens ont pensé que chacune de ces symétries était respectée, avant de découvrir que certaines particules, les kaons (de la famille des mésons), violaient l’une d’elles (la symétrie P). Ils supposèrent alors que la symétrie C pouvait aussi ne pas être respectée et que c’était le produit des deux transformations (CP) qui respectait la symétrie. Plusieurs expériences (dont BaBar) ont ensuite infirmé cette hypothèse.

Toutes les symétries peuvent être violées ; matière et antimatière n’ont pas le même comportement. Mais les trois violations se compensent et, pour l’instant, leur produit, le théorème CPT, reste valable. Heureusement pour les physiciens, car ils ne peuvent pour l’heure concevoir une physique qui l’ignorerait.

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mardi 3 aout 2004, 19h01