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Temps de l'atome
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Depuis le dernier siècle, la science évolue à un rythme quelquefois difficile à suivre, mais bien captivant. Dans le domaine de la physique, de nouvelles découvertes, théories et hypothèses amènent une toute nouvelle dimension à la composition de l'Univers. L'antimatière et les quarks soulèvent une panoplie de questions et de travaux scientifiques. Même si ces découvertes datent d'un certain temps, elles font partie, actuellement, d'études rigoureuses afin de les comprendre et d'exploiter leurs utilités pour combler les vides de nos ambitieuses curiosités.
Paul Adrien Maurice Dirac, 1902-1984, physicien britannique, supposa l'existence du positron (antiélectron) en 1928. Le physicien américain Carl Anderson confirma son existence en 1932. Dirac utilisa la théorie quantique du mouvement de l'électron pour supposer son existence. À la lumière de cette idée, cette théorie a été mise en pratique pour conclure que l'Univers est fait de matière et d'antimatière. Dirac reçut le prix Nobel en 1933 pour ses recherches sur la théorie de l'antimatière.
Murray Gell-Mann, 1929 - ..., physicien américain, fut le premier à imaginer l'existence des quarks. Il entreprit ses travaux de recherche à Chicago en 1953, il les termina 16 ans plus tard. Il reçut le prix Nobel pour sa contribution à la science. Gell-Mann utilisa la propriété de «l'étrangeté» (particule intervenant dans les interactions électromagnétiques fortes) pour aboutir à l'existence des quarks.
Toute la matière qui nous entoure et qui nous compose se divise en deux catégories: les leptons et les hadrons. Dans la famille des hadrons, on retrouve à sa base, les protons et les neutrons. Mais depuis ces dernières années, on a «encore» trouvé une particule ultime qui pourrait composer la base des hadrons, les quarks. Les quarks semblent être présentement les particules indivisibles (les plus petites) d'une partie de la matière. À ce jour, on connaît six sortes de quarks. Les quarks «up» et «down» composent le proton et le neutron. Le quark «strange» compose le kaon (autre catégorie des hadrons). Les quarks «charm», «beauty» et «truth» sont fabriqués artificiellement en laboratoire. Ils sont uniques par leur masse, leur couleur, leur parfum et leur charge. La charge d'un quark est fractionnaire. Dans le proton qui est constitué de trois quarks, on retrouve deux quarks «up» qui ont une charge de 2/3 et un quark «down» qui a une charge de -1/3.
Même si théoriquement parlant les quarks existent, leur charge élémentaire étant de 1,6206 x 10-19 C n'a toujours pas été détectée. Mais les quarks ont une propriété qui pourrait résoudre ce problème et qui pourrait expliquer qu'ils sont la véritable racine de l'arbre généalogique des hadrons. Plus on éloignerait les quarks entre eux, plus leur force d'attraction serait grande. Donc, on ne pourrait observer des quarks isolés, car ils seraient indivisibles. Mais sur les faits de cette hypothèse, rien n'est encore confirmé. Les quarks sont actuellement le sujet de travaux rigoureux pour tenter de les connaître en «profondeur».
Nous sommes au temps 10-43 s. La température est tellement élevée que toute la matière est décomposée en des multitudes de quarks. C'est le début des temps, c'est le big bang. L'Univers poursuit son expansion et les quarks commencent à se geler, alors commence la phase de fabrication de matière et d'antimatière. Fait étrange, la matière a le dessus sur l'antimatière par le phénomène de la violation de CP. Ce qui explique que l'antimatière se trouve en très petite quantité dans notre coin de l'Univers. Cette minorité s'explique par le fait que les particules et les antiparticules sont mutuellement annihilées dès qu'on les met en présence, avec libération d'une importante énergie. Il semblerait donc que l'Univers ne soit pas symétrique, mais essentiellement constitué de matière ordinaire; c'est la théorie de la cosmologie récente.
L'antimatière a les mêmes caractéristiques que son opposant, sauf qu'elle a une charge opposée (charge électrique, nombre baryonnique ou leptonique, etc.). Lorsqu'une particule entre en collision avec une antiparticule, l'énergie de l'impact se résulte en photon (particule de lumière) et en rayon gamma (onde électromagnétique neutre). Par la suite, lorsque les deux particules combinées vont se séparer, elles vont «recréer» la particule et l'antiparticule. Ceci vient appuyer la théorie d'Einstein. Actuellement, les travaux de recherche sur l'antimatière s'effectuent avec les accélérateurs de particules. Le but des accélérateurs de particules est de projeter des particules à une grande vitesse sur des noyaux atomiques. Ceci va permettre d'étudier la composante de la matière. Il faut mentionner que les particules (antiparticules) sont propulsées à des vitesses atteignant quasiment la vitesse de la lumière!
Le collisionneur du CERN (Centre Européen de Recherche Nucléaire) est un des grands accélérateurs de particules. Il est situé sur la frontière franco-suisse à cent mètres de profondeur et possède un anneau de 27 km de circonférence. Mais à part faire connaître les constituants de la matière (si ce n'était que ça), les accélérateurs peuvent produire de l'antimatière. Lorsque l'antimatière et la matière entrent en collision par millions, elles dégagent une énergie incroyable. À un point tel que la NASA envisage de prendre cette énergie comme combustible pour les futures sondes du nouveau millénaire. Présentement, on est capable de produire 100 milliards d'antiprotons par jour. Ce qui signifie 0,000 000 01 mg. Pour pouvoir créer un impact suffisant pour se promener dans le fin fond de l'espace, la quantité serait d'au moins 1 mg d'antimatière. La navette serait propulsée à une vitesse de 150 000 km/s et pourrait se rendre à l'étoile la plus proche (Proxima de Centaure) en seulement 10 ans. Avec les engins actuels, le même trajet se ferait en 46 000 ans! Préparez-vous, la conquête des étoiles ne fait que commencer.
Comme Einstein l'a si bien dit: «La chose la plus incompréhensible de l'Univers, c'est qu'elle soit compréhensible». Les quarks révèlent l'infiniment petit et l'antimatière fait que nous pourrions visiter l'infiniment grand. Dans les prochaines années, ces deux sujets pourront résoudre une multitude de questions fondamentales sur les merveilleux mystères de l'Univers.
Bibliographie
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«Science». Encyclopédie Microsoft Encarta 98 [CD-ROM]. Microsoft Corporation, 1997.
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Paradis, Paul-François. (1999, Février). «Les sondes du XXIe siècle». Le Soleil [CD-ROM]. CD Actualité/Québec, Version 3.36, Outremont, CEDROM-SNi, Juin 1996.
CERN. (Page consultée le 9 octobre 1999). L'Antimatière et les six quarks, [En ligne]. Adresse URL: http://www.cern.ch/public/SCIENCE/antimatterand6quarks_fr.html
