Antiparticule
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A chaque type de fermions fondamentaux correspond un type d'antiparticule (A chaque type de fermions fondamentaux correspond un type d'antiparticule. Ainsi, à l' électron est associé au positron, et les quark, à leurs antiquark. La première antiparticule observée, un...). Ainsi, à l' électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de signe négatif. C'est un des composants de l'atome.) est associé au positron (En physique des particules, le positron ou positon est l'anti-particule associée à l'électron. Il possède une charge électrique de +1 (contre -1 pour...), et les quark (Les quarks sont des fermions que la théorie du modèle standard décrit, en compagnie de la famille des leptons, comme les constituants...), à leurs antiquark. La première antiparticule observée, un antiélectron (positron) produit par la rencontre entre des rayons cosmiques et l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :), fut découverte en 1933. Actuellement, nous ne connaissons pas d'atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se...) d'antimatière (L'antimatière est l'ensemble des antiparticules des particules composant la matière classique — celle dont est faite la Terre. Le préfixe...) à l'état naturel.

En physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un...) atomique, il est apparu au début du XXe siècle (Un siècle est maintenant une période de cent années. Le mot vient du latin saeculum, i, qui signifiait race, génération. Il a ensuite indiqué la durée d'une génération humaine et faisait 33 ans 4 mois (d'où...) que la description du comportement des particules passe par une équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement pour poser le problème de leur identité. Résoudre l'équation consiste à déterminer toutes les...) qui ne fixe que le carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses quatre côtés ont la même longueur et ses...) de certaines grandeurs. Cette équation a donc deux solutions : la solution " ordinaire ", correspondant au comportement des particules connues, et une solution correspondant à des particules " théoriques ", généralement non observées.

Paul Dirac a prédit que ces particules ont une existence réelle, observable (Dans le formalisme de la mécanique quantique, une opération de mesure (c'est-à-dire obtenir la valeur ou un intervalle de valeurs d'un paramètre physique, ou plus...) dans les conditions extrêmes. Des expériences ont confirmé cette prédiction.

Une particule possède une charge électrique (La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui respecte le principe de conservation.), un spin (Le spin est une propriété quantique intrinsèque associée à chaque particule, qui est caractéristique de la nature de la particule, au même...) ou moment cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) et d'autres nombres quantiques (notamment les nombres leptoniques et baryoniques). L'antiparticule correspondante a des nombres quantique scalaire (Un vrai scalaire est un nombre qui est indépendant du choix de la base choisie pour exprimer les vecteurs, par opposition à un pseudoscalaire, qui est un nombre...) (charge, nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) leptonique et baryonique, saveur,...) opposé ( En mathématique, l'opposé d’un nombre est le nombre tel que, lorsqu’il est à ajouté à n donne zéro. En botanique, les organes d'une plante sont dits opposés lorsqu'ils sont insérés au même niveau, l'un en...) mais les même grandeur vectoriel (moment cinétique, isospin (En physique des particules, l'isospin est une symetrie de l'intéraction forte qui est mathématiquement analogue au spin. On dit aussi que c'est un nombre quantique.),...)

Par exemple, l'électron a une masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps à la force de...) de 9,1.10-31 kg (une énergie de masse (En 1905, Albert Einstein postule que la masse est une des formes que peut prendre l'énergie. Tout système au repos, de masse m, possède ainsi une énergie de masse E donnée par la célèbre relation d'Einstein :) E = m×c²), une charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire...) électrique q = - 1,6.10-19 Coulombs, un spin 1/2. L'antiélectron a la même masse et le même spin, mais une charge électrique opposée : q = + 1,6.10-19 Coulombs. Ainsi une particule et son antiparticule ont toujours une charge électrique opposée : ils s'attirent électriquement.

Ainsi, à chaque particule de matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état...), correspond une antiparticule d'antimatière, ayant des caractéristiques identiques mais une charge électrique opposée (et de même valeur absolue). \begin{matrix}   e^{-} & \Longleftrightarrow & e^{+}  \\ {\acute electron} & {} & {positron} \\ p & \Longleftrightarrow & \bar p \\ {proton} & {} & {antiproton} \\ {\gamma} & \Longleftrightarrow & {\gamma} \end{matrix}

La rencontre d'une particule et de son antiparticule les annihile avec disparition de leur masse, et donc création d'une quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une...) correspondante d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) suivant la formule bien connue E=mc². Cette énergie donne alors naissance à une paire (On dit qu'un ensemble E est une paire lorsqu'il est formé de deux éléments distincts a et b, et il s'écrit alors :) de photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement...) émis à 180° et de même energie (dans le référenciel du centre de masse). L'énergie totale transporté par les photons sous forme d'impulsion correspond à l'énergie de masse initialement présente dans le système.

Et, inversement, la concentration d'une quantité suffisante d'énergie (éventuellement provoquée par une annihilation particule-antiparticule) provoque la création d'un ou plusieurs couples particule-antiparticule.

En raison de leur charge électrique opposée, une particule et son antiparticule placées dans un même champ électromagnétique (Le champ électromagnétique est le concept central de l'électromagnétisme. On le conçoit souvent comme composition des deux champs vectoriels que l'on...) sont soumises à des forces opposées, ce qui peut servir à les isoler pour étudier les antiparticules.

Pour créer et observer des antiparticules, on fait donc se rencontrer des particules préalablement accélérées (ce qui les dote d'une très forte énergie).

Collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) d'une particule et de son antiparticule

Lorsqu'une particule de masse m rentre en contact avec son antiparticule correspondante, elles s'annihilent pour former une ou plusieurs particules quelconques, mais qui ont une énergie égale à celle initiale, et qui conserve un certain nombre de caractéristiques comme la charge électrique totale qui doit donc être nulle. En particulier, l'annihilation peut produire une particule et son antiparticule différentes de celles initiales.

Exemple : un proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire positive.) et un antiproton s'annihilant, ont une énergie E = 2×1,6.10-27×c² = 0,23.10-9Joules; ils peuvent, par exemple, se transformer en une paire (électron, antiélectron) allant à la vitesse (On distingue :) v = 0,98 × c, la majorité de l'énergie est alors sous forme d'énergie cinétique (L'énergie cinétique (aussi appelée dans les anciens écrits vis viva, ou force vive) est l’énergie que possède un corps du fait de son mouvement. L’énergie cinétique...) (vitesse).

Par ailleurs, un photon (En physique des particules, le photon est la particule élémentaire médiatrice de l'interaction électromagnétique. Autrement dit, lorsque deux particules chargées électriquement...) d'énergie suffisante peut créer un couple particule/antiparticule n'importe où, et donc probablement des milliers de fois par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. ...) tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis, Kaupifalco,...) de nous. Évidemment, à peine créé, ce couple a de grandes chances de disparaître en s'annihilant puisque ces deux particules, créées au même endroit au même instant (L'instant désigne le plus petit élément constitutif du temps. L'instant n'est pas intervalle de temps. Il ne peut donc être considéré comme une durée.), s'attirent par leur proximité. Mais parfois une antiparticule s'échappe et s'annihile un peu plus loin.

Exemple : un photon d'énergie supérieure à 0,23.10-9Joules peut se transformer en une paire proton/antiproton.

Bien que des atomes d'anti-hydrogène aient été créés en nombre très limité en laboratoire depuis la fin du XXe siècle, leur période de vie (La vie est le nom donné :) est très courte et ils ne peuvent être conservés. Leur création nécessite d'immenses dispositifs (accélérateur de particules) et des quantités effroyables d'énergie, bien plus que n'en libère leur annihilation avec la matière, ce qui hypothèque pour longtemps encore de réelles avancées en la matière.

Recherche fondamentale (La recherche fondamentale regroupe les travaux de recherche scientifique n'ayant pas de finalité économique déterminée au moment des travaux. On oppose en général la recherche fondamentale à la recherche appliquée. Cette distinction est...)

La masse se transformant en énergie selon la célèbre formule E=mc², la collision d'une particule et de son antiparticule recèle un immense potentiel énergétique.

Par exemple, la réaction entre un demi-kilogramme d'antimatière et un demi-kilogramme de matière (même masse de "réactifs" que suivants) produit 90×1015 joules. En comparaison, la combustion (La combustion est une réaction chimique exothermique d'oxydoréduction. Lorsque la combustion est vive, elle se traduit par une flamme voire une explosion.) d'un kilogramme (Le kilogramme (symbole kg) est l’unité de masse dans le Système international d’unités (SI).) de pétrole (Le pétrole est une roche liquide carbonée, ou huile minérale. L'exploitation de cette énergie fossile est l’un des piliers de...) ne produit que 42 millions de J (2 milliards de fois moins) : inexact car c'est une réaction chimique qui doit incorporer TOUT le réactif (pétrole + oxygène). . . Et la fusion nucléaire (La fusion nucléaire (dite parfois thermonucléaire) est, avec la fission, l’un des deux principaux types de réactions nucléaires appliquées. Il ne faut pas confondre la fusion nucléaire avec la fusion du...) (celle qui anime le soleil) d'un kilogramme d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) en produit 260×1012 J (400 fois moins). En fait, l'énergie que l'on pourrait produire avec quelques grammes d'antimatière est suffisante pour transporter un vaisseau sur la Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474...).

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