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À chaque année, le physicien Graham Lawton assiste à la convention Star Trek à Las Vegas et à chaque année, on lui demande si la vitesse de distorsion sera un jour possible.

La vitesse de distorsion dans Star Trek est-elle possible ?

Dans l’univers de Star Trek, les espèces humanoïdes tournent autour de la galaxie à une vitesse supérieure à celle de la lumière, en utilisant des moteurs alimentés par de l’antimatière. Voyager plus rapidement que la vitesse de la lumière est improbable, mais l’antimatière est réelle. Chaque particule a un partenaire antimatière que nous appelons une antiparticule.
Ainsi, en tant que physicien des particules, ce que je veux vraiment savoir, ce n’est pas la probabilité de parcourir de longues distances rapidement, mais plutôt le type de particules qui sous-tend cette technologie fictive. Les moteurs futuristes d’antimatière de Star Trek abordent l’un des grands mystères non résolus de la physique des particules: où se trouve l’antimatière dans notre Univers?
Le type d’antimatière le plus connu est le positron, qui est l’antiélectron. Le positron a la même masse qu’un électron, mais sa charge électrique est opposée. Lorsque la matière entre en collision avec son partenaire antimatière, ils s’annulent mutuellement. Ce n’est pas simplement une question de théorie: nous avons vu l’antimatière en laboratoire, et pas seulement avec l’électron et son partenaire.
Les positons peuvent être fabriqués par décroissance radioactive. Ils sont également créés dans une paire d’électrons lorsque des photons extrêmement énergétiques, mieux connus sous le nom de rayons gamma, interagissent avec des noyaux atomiques. Des antiprotons ont également été produits et, en 1995, les scientifiques ont finalement été capables de combiner directement des positrons et des antiprotons pour créer de l’antihydrogène.

l’antimatière est difficile à fabriquer en laboratoire

Bien que l’antimatière soit réelle, il est plutôt difficile à fabriquer en laboratoire. Puisque la matière et l’antimatière s’annulent en contactant, on doit se demander pourquoi nous sommes ici. S’ils sont complètement opposés, on pourrait s’attendre à ce que la même quantité de matière et d’antimatière ait été produite lors du Big Bang, ce qui mène rapidement à l’annihilation et à un Univers vide.
Au lieu de cela, nous vivons dans une version très asymétrique de l’Univers, où l’électron chargé négativement est une particule fondamentale qui forme une partie centrale de tous les atomes, planant dans leurs orbites. Pourquoi la nature n’a-t-elle utilisé que la moitié des blocs de construction disponibles dans l’Univers?
Des efforts visant à donner un sens à cette asymétrie sont en cours en physique théorique et expérimentale. De nombreux théoriciens pensent que le biais déséquilibré envers la matière est lié à des violations de ce que l’on appelle la symétrie charge-parité, plus communément appelée symétrie CP par les physiciens. C’est une propriété qui exige que toutes les particules soient interchangeables avec leur antiparticule lorsque leurs coordonnées spatiales sont inversées, une sorte de symétrie miroir. La plupart des particules observées obéissent à la symétrie CPT, mais cela peut être violé.
Bien que plus connu pour avoir été le lieu où le boson de Higgs a été détecté, le Grand collisionneur de hadrons fait également des expériences qui cherchent à en savoir plus sur la suppression de la symétrie de la CP.

Les quarks peuvent changer de saveur

L’expérience LHCb (Large Hadron Collider Beauty), par exemple, porte spécifiquement sur la B-physique. La B-physique ne se réfère pas à la physique à petit budget, ce dont nos gouvernements rêvent sûrement, mais à la physique des quarks de beauté (parfois appelés quarks botton).
Les quarks de beauté ne sont que l’un des six arômes de quarks subatomiques, constituants des neutrons et des protons. Les cinq autres variétés portent des noms tout aussi agréables: haut, bas, étrange et charmé. La force nucléaire «faible» fondamentale peut faire en sorte que les quarks changent de saveur et les oblige également à briser la symétrie de la CP. Cela nous donne un indice important sur le fait que des violations de la symétrie du CP sont possibles, amenant les théoriciens à envisager des modèles matière-antimatière qui en dépendent.
En plus des quarks botton, le LHCb peut également étudier les propriétés des quarks charmés. Il est intéressant de noter que l’expérience a récemment permis de découvrir la première preuve de la violation du CP. Pour obtenir ce résultat, le LHCb a examiné les désintégrations des mésons D ° – des particules de courte durée de vie constituées d’un quark charmé et d’un antiquark haut.
Ce résultat est une affirmation passionnante d’un phénomène que les scientifiques s’attendaient à trouver depuis des décennies, mais qu’il n’avait pas encore produit en laboratoire. Cette découverte ne change pas radicalement notre vision de la physique car elle correspond aux prévisions théoriques – et ce n’est certainement pas un moteur à distorsion.

Une violation du CP peut se produire dans les bonnes conditions

Mais cela suggère que, dans les bonnes conditions, une violation du CP peut se produire. Peut-être que ces conditions ont existé pendant le Big Bang, produisant l’Univers presque sans antimatière que nous voyons aujourd’hui.
Source : New Scientist
Crédit photo : Pixabay

Les moteur de distorsion de Star Trek sont-ils réalistes ?martinPhysique
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