Antiproton

Antimatter

Overview

Annihilation

Devices

• Particle accelerator
• Piège à Penning

Antiparticules

• Positron
• Antiproton
• Antineutron

Utilisations

• Tomographie par émission de positrons. Tomographie par émission de positrons
• Combustible
• Armement

Organismes scientifiques

• Collaboration ALPHA
• ATHENA
• ATRAP
• CERN

Personnes

• Paul Dirac
• Carl Anderson
• Andrei Sakharov

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Un antiproton (symbole p, prononcé p-bar) est l’antiparticule du proton. Un antiproton est relativement stable, mais sa durée de vie est généralement courte car toute collision avec un proton entraîne l’annihilation des deux particules dans une explosion d’énergie. Il a été découvert en 1955 par les physiciens Emilio Segrè et Owen Chamberlain de l’Université de Californie à Berkeley, ce qui leur a valu le prix Nobel de physique en 1959. Au CERN à Genève, en Suisse, et au Fermilab à Batavia, dans l’Illinois, des antiprotons sont régulièrement produits et utilisés pour la recherche scientifique.

AntiProton

La structure des quark du proton.

Classification:

Baryon

Propriétés

Théoriquement, un antiproton est constitué de deux quarks anti-haut et d’un quark anti-bas, symbolisés par uud.

Les propriétés de l’antiproton sont prédites par la symétrie CPT pour être exactement liées à celles du proton. En particulier, la symétrie CPT prédit que la masse et la durée de vie de l’antiproton sont les mêmes que celles du proton, et que la charge électrique et le moment magnétique de l’antiproton sont de signe opposé et de magnitude égale à ceux du proton.

À la mi-juin 2006, des scientifiques du CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire) ont réussi à déterminer la masse de l’antiproton, qu’ils ont mesurée à 1 836,153674(5) fois plus massive qu’un électron. C’est exactement la même masse que celle d’un proton « normal », comme prévu. La formation d’antimatière est liée à des questions sur ce qui s’est passé au moment du Big Bang, et pourquoi une si petite quantité d’antimatière subsiste aujourd’hui dans notre système solaire.

Production artificielle

La formation d’antiprotons nécessite une énergie équivalente à une température de dix mille milliards de K (1013 K), qui n’est pas atteinte dans la plupart des conditions naturelles. Cependant, au CERN (Organisation européenne pour la recherche nucléaire), les protons sont accélérés dans le synchrotron à protons (PS) à une énergie de 26 GeV, puis écrasés sur une tige d’iridium. Les protons rebondissent sur les noyaux d’iridium avec suffisamment d’énergie pour que de la matière soit créée. Une gamme de particules et d’antiparticules sont formées, et les antiprotons sont séparés à l’aide d’aimants dans le vide.

Occurrence dans la nature

Les antiprotons ont été détectés dans les rayons cosmiques depuis plus de 25 ans, d’abord par des expériences en ballon et plus récemment par des détecteurs par satellite. L’image standard de leur présence dans les rayons cosmiques est qu’ils sont produits lors de collisions de protons de rayons cosmiques avec des noyaux dans le milieu interstellaire, via la réaction :

p A → p p p A

Les antiprotons secondaires (p) se propagent ensuite dans la galaxie, confinés par les champs magnétiques galactiques. Leur spectre d’énergie est modifié par des collisions avec d’autres atomes dans le milieu interstellaire, et les antiprotons peuvent aussi être perdus en « fuyant » hors de la galaxie.

Le spectre d’énergie des rayons cosmiques des antiprotons est maintenant mesuré de manière fiable et est cohérent avec cette image standard de la production d’antiprotons par les collisions de rayons cosmiques. Cela établit des limites supérieures sur le nombre d’antiprotons qui pourraient être produits de manière exotique, comme par l’annihilation de particules de matière noire supersymétrique dans la galaxie, ou par l’évaporation de trous noirs primordiaux. Cela fournit également une limite inférieure à la durée de vie des antiprotons, qui est d’environ un à dix millions d’années. Le temps de stockage galactique des antiprotons étant d’environ dix millions d’années, une durée de vie intrinsèque de désintégration modifierait le temps de résidence galactique et déformerait le spectre des antiprotons des rayons cosmiques. C’est nettement plus rigoureux que les meilleures mesures en laboratoire de la durée de vie des antiprotons :

• Collaboration LEAR au CERN : 0,8 an
• Piège de Penning à antihydrogène de Gabrielse et al : 0,28 an
• CollaborationAPEX au Fermilab : 50 000 ans pour p → μ- + X et 300 000 ans pour p → e- + γ

Détection expérimentale dans les rayons cosmiques

Les expériences récentes de détection d’antiprotons dans les rayons cosmiques sont notamment les suivantes :

• BESS : expérience embarquée sur ballon, volée en 1993, 1995 et 1997.
• CAPRICE : expérience embarquée sur ballon, volée en 1994.
• HEAT : expérience en ballon, volée en 2000.
• AMS : expérience spatiale, prototype volé sur la navette spatiale en 1998, destinée à la station spatiale internationale mais pas encore lancée.
• PAMELA : expérience satellitaire pour détecter les rayons cosmiques et l’antimatière depuis l’espace, lancée en juin 2006.

Utilisations

Les antiprotons sont régulièrement produits au Fermilab pour les opérations de physique des collisionneurs dans le Tevatron, où ils entrent en collision avec des protons. L’utilisation d’antiprotons permet d’obtenir une énergie moyenne des collisions entre quarks et antiquarks plus élevée que celle qui serait possible dans les collisions proton-proton. La base théorique de ce phénomène est que les quarks de valence dans le proton et les antiquarks de valence dans l’antiproton ont tendance à porter la plus grande fraction du momentum du proton ou de l’antiproton.

Voir aussi

• Antimatière
• Particule élémentaire
• Positron
• Proton

Notes

• Forward, Robert L. 2001. Mirror Matter : Pionnier de la physique de l’antimatière. Lincoln, NE : Backinprint.com. ISBN 0595198171
• Fraser, Gordon. 2002. Antimatter : The Ultimate Mirror. Cambridge, UK : Cambridge University Press. ISBN 0521893097
• Kondo, K., et S. Kim. 1994. 9th Topical Workshop on Proton-Antiproton Collider Physics. Frontier Science Series No. 11. Tokyo, Japon : Universal Academy Press. ASIN B000RFVPI4
• Santilli, Ruggero Maria. 2006. Théorie isoduelle de l’antimatière : avec des applications à l’antigravité, à la grande unification et à la cosmologie (Théories fondamentales de la physique). New York, NY : Springer. ISBN 1402045174

Tous les liens ont été récupérés le 6 avril 2016.

• L’antiproton pèse dans physicsworld.com.
• Le Golden Anniversary of the Antiproton Science@BerkeleyLab. (Donne l’historique de la découverte de l’antiproton.)
• Introduction au décélérateur d’antiproton CERN.

Particules en physique

particules élémentaires

Fermions élémentaires : Quarks : u – d – s – c – b – t – Leptons : e – μ – τ – νe – νμ – ντ
Bosons élémentaires : Bosons de jauge : γ – g – W± – Z0 – Fantômes

Particules composites

Hadrons : Baryons(liste)/Hyperons/Nucléons : p – n – Δ – Λ – Σ – Ξ – Ω – Ξb – Mésons(liste)/Quarkonia : π – K – ρ – J/ψ – Υ
Autres : Noyau atomique – Atomes – Molécules – Positronium

Particules élémentaires hypothétiques

Superpartenaires : Axino – Dilatino – Chargino – Gluino – Gravitino – Higgsino – Neutralino – Sfermion – Slepton – Squark
Autres : Axion – Dilaton – Boson de Goldstone – Graviton – Boson de Higgs – Tachyon – X – Y – W’ – Z’

Particules composites hypothétiques

Hadrons exotiques : Baryons exotiques : Pentaquark – Mésons exotiques : Glueball – Tetraquark
Autres : Molécule mésonique

Quasiparticules

Soliton deavydov – Exciton – Magnon – Phonon – Plasmon – Polariton – Polaron