Antiparticule - Définition
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Mécanique quantique | ||||||||||||||
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A chaque type de particule correspond un type d'antiparticule. Ainsi, à l'électron est associé le positron, et aux quarks, les antiquarks. La première antiparticule observée, un antiélectron (positron) produit par les collisions des rayons cosmiques dans l'atmosphère, fut découverte en 1933 par Carl David Anderson. Actuellement (octobre 2007), nous ne connaissons pas d'atome d'antimatière à l'état naturel.
En physique atomique, il est apparu au début du XXe siècle que la description du comportement des particules passe par une équation qui ne fixe que le carré 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 les conditions extrêmes. Des expériences ont confirmé cette prédiction.
Une particule possède une charge électrique, un spin ou moment cinétique et d'autres nombres quantiques (notamment les nombres leptoniques et baryoniques). L'antiparticule correspondante a des nombres quantiques (charge, nombre leptonique et baryonique, saveur, isospin,...) opposés mais la même masse et le même spin.
Par exemple, l'électron a une masse de 9,1.10−31 kg (une énergie de masse E = m×c²), une charge 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.
À chaque particule de matière, correspond une antiparticule d'antimatière, ayant des caractéristiques identiques mais une charge électrique opposée (et de même valeur absolue).
La rencontre d'une particule et de son antiparticule les annihile, émettant une quantité correspondante d'énergie suivant la formule bien connue E=mc2. Cette énergie donne alors naissance à une paire de photon émis à 180 ° et de même énergie (dans le référentiel du centre de masse). L'énergie totale transportée 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 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 sont soumises à des forces opposées, ce qui peut servir à les isoler pour étudier les antiparticules. Cependant il est très difficile d'isoler parfaitement une antiparticule: Gabriel Chardin explique qu'il serait probablement impossible de peser un antiélectron.
Pour créer et observer des antiparticules, on emploie un accélérateur de particules, qui peut doter les particules d'une énergie telle que les collisions libèrent assez d'énergie pour créer des couples particule-antiparticule.
