« La plus grande découverte du siècle » : une expérience sur l’antimatière approche du test qui pourrait ébranler la physique !

Un unique positron, piégé dans le vide et refroidi à 300 millikelvins : les physiciens de l'université Northwestern, aux États-Unis, viennent de franchir une étape décisive vers le test le plus rigoureux jamais envisagé entre matière et antimatière.

Selon le modèle standard de la physique des particules, les électrons et leurs antiparticules, les positrons, devraient être comme des jumeaux parfaits, aux propriétés opposées. Produits en quantités égales juste après le Big Bang, ils auraient dû s'annihiler, ne laissant rien derrière eux.

« Il y a manifestement un problème », commente Gerald Gabrielse, physicien à l'université Northwestern. Le problème, c'est nous : nous sommes là pour nous poser la question. Soit la preuve qu'il n'est pas resté « rien » des rencontres primordiales entre matière et antimatière.

In 1928, Paul Dirac found a way to describe the electron using both quantum mechanics and special relativity. The equation worked beautifully, but it also permitted negative-energy states with no obvious place in the known universe.

Dirac initially tried to identify the strange… pic.twitter.com/fEZsrmnzhT

— Philosophy Of Physics (@PhilosophyOfPhy) July 20, 2026

Un positron unique, piégé pendant des mois

Pour la première fois, des chercheurs pensent avoir conçu le moyen de soumettre cette symétrie fondamentale entre les électrons et leurs antiparticules à un test redoutablement rigoureux. Il implique un positron unique qu'ils peuvent maintenir captif pendant des mois. Un dispositif baptisé cyclotron quantique à un positron. Le défi était de taille.

Les physiciens savent produire des antiparticules, par désintégration radioactive de certains noyaux atomiques. Dans les Physical Review Letters, ils précisent qu'ils ont compté ici sur des noyaux rares de sodium 22.

#OnThisDay August 2, 1932, physicist Carl D. Anderson made a groundbreaking discovery in a cloud chamber at Caltech—a particle just like an electron, but with a positive charge.
He had found the positron, the first known antiparticle.
(Img: AI generated) pic.twitter.com/hriZp5qm0X

— History of the day (@hist_of_the_day) August 2, 2025

Pourquoi l’antimatière ne peut pas toucher un mur

Les vraies difficultés arrivent dès que les positrons sont créés.

Car lorsque le monde de la matière rencontre celui de l'antimatière, ils s'annihilent l'un l'autre. Impossible donc de poser tout simplement un positron dans un récipient ordinaire : tout contact avec les parois entraînerait inévitablement la disparition de la particule.

L'Univers aurait pu disparaître juste après le Big Bang : une découverte pourrait expliquer pourquoi nous existons

Sans un infime déséquilibre survenu au tout début de l’Univers, la matière et l’antimatière se seraient mutuellement annihilées. Reste à comprendre comment ce déséquilibre a pu voir le jour. Et les chercheurs viennent de mettre en lumière un acteur inattendu qui pourrait avoir tout fait basculer.... Lire la suite

« Si nous voulons étudier l'antimatière, nous devons la manipuler avec précaution », précise Gerald Gabrielse. Simplement pour éviter de la perdre. Les quantités d'antimatière que manipulent ici les physiciens ne sont en effet pas suffisantes pour provoquer une explosion.

D’ultrarapide à immobile sans se perdre en route

Lorsqu'il émerge d'une désintégration radioactive, le positron possède par ailleurs une énergie considérable. Alors, il faut d'abord le ralentir. Puis il faut le guider vers un vide le plus parfait possible afin d'éviter absolument qu'il rencontre des électrons et disparaisse à jamais.

Pour accomplir tout cela, les physiciens de l'université Northwestern ont conçu un piège combinant des champs électriques et magnétiques spécifiques pour maintenir le positron en suspension dans le vide. La particule d'antimatière demeure ainsi au centre du dispositif, sans jamais entrer en contact avec quoi que ce soit. Refroidie à environ 300 millikelvins, juste au-dessus du zéro absolu, elle tombe dans son état fondamental.

Des micro-ondes pour faire sauter le positron d’un état à l’autre

Mais pourquoi s'être donné autant de mal ? Parce que pour tester le modèle standard de la physique des particules comme jamais auparavant, les chercheurs avaient besoin d'un positron qui se comporte, pour l'essentiel, comme un atome artificiel doté de niveaux d'énergie quantiques qu'ils peuvent contrôler et observer avec précision.

C'est un autre point que l'équipe détaille dans la revue Physical Review Letters. La manière dont des micro-ondes soigneusement ajustées permettent d'injecter des quantités d'énergie infimes et précises dans le positron, puis de détecter les transitions qui en résultent. Ce degré de maîtrise est indispensable à l'objectif ultime des chercheurs : mesurer les propriétés magnétiques du positron avec une précision extraordinaire, afin de les comparer à celles de l'électron.

Découverte, dans les données [2010-2018], d'une brisure forte de symétrie dans les oscillations de neutrinos.
Autrement dit : les neutrinos et antineutrinos ne se comportent pas de la même manière.

Gros pas en avant pour comprendre l'asymétrie matière/antimatière dans l'Univers. https://t.co/dBsCYb7LzM

— Astropierre (@astropierre) April 15, 2020

Et si l’électron et le positron n’étaient pas de parfaits jumeaux

Il y a quelques années, Gerald Gabrielse et son équipe ont réussi à mesurer ainsi le moment magnétique de l'électron avec une précision de l'ordre de 10⁻¹³. Et grâce à leur nouveau dispositif, les physiciens espèrent faire de même avec le positron. Ils pourront alors confronter les deux résultats.

« Les théories actuelles suggèrent qu'il ne devrait y avoir aucune différence entre ces deux mesures, explique le chercheur. Si, toutefois, elles s'avéraient différentes, il s'agirait de la plus grande découverte en physique du siècle. »

La moindre divergence entre électron et positron ouvrirait en effet une brèche que les physiciens cherchent depuis des décennies et qui pourrait nous dire enfin pourquoi la matière l'a emporté sur l'antimatière. Et pourquoi nous sommes là.