La baryogenese designe l’ensemble des processus physiques qui ont produit une asymetrie entre matiere et antimatiere dans le tout jeune univers. Cette asymetrie, aussi infime soit-elle, a ete decisive : sans elle, matiere et antimatiere se seraient completement annihilees, laissant un univers peuple uniquement de rayonnement. Toute la matiere que nous observons aujourd’hui est le reliquat de cette minuscule predominance initiale de la matiere.
Le probleme fondamental
Les lois de la physique sont presque parfaitement symetriques entre matiere et antimatiere. Si le Big Bang a produit des quantites egales des deux, elles auraient du s’annihiler entierement. Or, l’univers est manifestement compose de matiere. Il a donc existé, dans le jeune univers, un mecanisme qui a brise cette symetrie et produit un exces de matiere — environ un milliard et une particule de matiere pour un milliard de particules d’antimatiere. Ce milliardieme d’exces est tout ce qui nous reste.
Les conditions de Sakharov
Le physicien Andreï Sakharov a identifie en 1967 les trois conditions necessaires a la baryogenese. Premierement, une violation du nombre baryonique : des processus doivent exister qui creent plus de baryons que d’antibaryons. Deuxiemement, une violation de la symetrie CP : la physique ne doit pas etre parfaitement symetrique entre matiere et antimatiere. Troisiemement, un desequilibre thermique : ces processus doivent se produire hors equilibre pour que l’asymetrie soit preservee.
Un mystere toujours ouvert
Le modele standard de la physique des particules predit une violation de CP, mais d’une amplitude trop faible pour expliquer l’asymetrie observee. La baryogenese necessite donc une physique au-dela du modele standard — de nouvelles particules, de nouvelles interactions — que les accelerateurs de particules comme le LHC cherchent a identifier.
Le saviez-vous ?
L’antimatiere n’est pas hypothetique : elle est produite en laboratoire et meme utilisee en medecine (la TEP-scan utilise des positrons, les antiparticules des electrons). Le defi est de comprendre pourquoi elle est si rare dans l’univers naturel.
Questions frequentes
Ou est passee toute l’antimatiere de l’univers ?
Elle s’est annihilee avec la matiere dans les premiers instants de l’univers, produisant d’enormes quantites de photons. Le fond diffus cosmologique et le rayonnement gamma de l’univers sont en partie l’heritage de cette annihilation massive. Seul l’infime exces de matiere a survecu.
Peut-on fabriquer de l’antimatiere en laboratoire ?
Oui. Le CERN produit regularierement de l’antimatiere — positrons, antiprotons, atomes d’antihydrogene — pour l’etudier. La production est cependant infime et excessivement couteuse energetiquement. Stocker de l’antimatiere est un defi enorme car elle s’annihile au contact de toute matiere ordinaire.
L’antimatiere tombe-t-elle vers le bas ?
C’est une question experimentale active. La theorie predit que l’antimatiere devrait etre attirée par la gravite de la meme facon que la matiere, mais cela n’a pas encore ete verifie directement. L’experience ALPHA-g au CERN a fourni les premieres indications en ce sens en 2023.