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Illustration de la création d'antihyperhélium-4 lors d'une collision entre deux noyaux de plomb.
Crédit: Janik Ditzel pour la collaboration ALICE
Ce noyau atomique, l'antihyperhélium-4, est l'antimatière de l'hyperhélium-4. Sa détection par le détecteur ALICE du LHC pourrait aider à résoudre l'une des plus grandes énigmes de la physique: pourquoi l'Univers est-il dominé par la matière alors que matière et antimatière ont été créées en quantités égales au moment du Big Bang ?
Le LHC, situé près de Genève, est célèbre pour avoir découvert le boson de Higgs, une particule clé pour comprendre la masse des autres particules. Les collisions au LHC recréent un état de matière appelé plasma quark-gluon, similaire à celui qui existait juste après le Big Bang. C'est dans ce plasma que se forment les hypernoyaux et leurs antimatières.
Les hypernoyaux, qui contiennent des protons, des neutrons et des hyperons, sont des structures rares et complexes. Les hyperons, contrairement aux protons et neutrons, contiennent des quarks dits 'étranges'. Ces objets, bien que découverts il y a des décennies dans les rayons cosmiques, restent difficiles à étudier en laboratoire.
La collaboration ALICE a détecté l'antihyperhélium-4 en analysant les données de collisions de noyaux de plomb datant de 2018. Cette détection a été rendue possible grâce à une technique d'apprentissage automatique surpassant les méthodes de recherche traditionnelles. Les scientifiques ont également mesuré leur masse, confirmant les prédictions des théories actuelles.
L'étude l'antimatière pourrait éclairer le mystère de l'asymétrie matière-antimatière. Les résultats montrent que matière et antimatière sont produites en quantités égales dans le plasma quark-gluon, renforçant l'énigme de la prédominance de la matière dans l'Univers.
Qu'est-ce que le plasma quark-gluon ?
Le plasma quark-gluon est un état de la matière qui existait juste après le Big Bang. Dans cet état, les quarks et les gluons, les constituants fondamentaux des protons et des neutrons, ne sont pas confinés dans des particules mais forment une 'soupe' dense et chaude.Cet état est recréé dans des collisionneurs comme le LHC en faisant entrer en collision des noyaux atomiques à des énergies extrêmement élevées. Ces collisions permettent aux scientifiques d'étudier les propriétés de la matière dans des conditions similaires à celles des premiers instants de l'Univers.
Illustration de particules d'antimatière entrant dans le détecteur ALICE au LHC.
Crédit: ORIGINS Cluster/S. Kwauka
Le plasma quark-gluon est crucial pour comprendre comment les quarks et les gluons se sont combinés pour former les protons et les neutrons, les briques de base de la matière visible dans l'Univers aujourd'hui.
Pourquoi l'antimatière est-elle si rare ?
L'antimatière est l'opposé de la matière, avec des particules ayant des charges électriques opposées. Par exemple, l'antiproton a une charge négative, contrairement au proton qui est positif.Selon les théories actuelles, matière et antimatière ont été produites en quantités égales lors du Big Bang. Cependant, une infime asymétrie a conduit à la prédominance de la matière. Les raisons exactes de cette asymétrie restent l'un des plus grands mystères de la physique.
L'étude de l'antimatière, comme l'antihyperhélium-4, pourrait fournir des indices sur cette asymétrie. En comprenant comment et pourquoi l'antimatière a disparu, les scientifiques espèrent percer les secrets des premiers instants de l'Univers.