À la découverte de l’antimatière

mercredi 30 mai 2012
par  Jacques

N°54- À LA DÉCOUVERTE DE L’ANTIMATIÈRE.
Philippe Miné - Ellipses - 03/11 - 205 pages - tout lecteur.

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RÉSUMÉ : Intéressant cheminement historique, théorique et expérimental qui a conduit à la compréhension des connaissances sur matière & antimatière, construites sur les bases du modèle standard. L’auteur nous fait aussi part de ses compétences dans le domaine des détecteurs nucléaires appliqué à l’imagerie médicale.

MOTS CLÉ : matière/antimatière, symétries/asymétries, détecteurs/imagerie.

L’AUTEUR : Philippe MINÉ est directeur de recherche CNRS spécialiste de physique des particules. Enseignant à l’École Polytechnique puis à l’École des Mines.

Huit chapitres sur la complexité du monde matériel accessible, sans calculs, à partir de la simplicité de l’infiniment petit mesurable. Expliquer le visible compliqué par l’invisible simple. (J.Perrin).

On glissera sur l’aspect historique (chap.1) évoquant, entre autre, avec cette pédagogique chère à P.G de Gennes, l’expérience de Franklin destinée à justifier l’aspect granulaire de la matière. L’aspect ondulatoire (chap.2) écume avec les équations de Maxwell qui signent l’unification de l’optique, de l’électricité et du magnétisme en posant le concept de champ (Faraday ?). Émerge une vitesse limite qui bouleverse nos conception de l’espace et du temps pour y installer un espace-temps-énergie offrant l’occasion aux jumeaux de Langevin de vieillir autrement sur des lignes d’univers différentes. Dirac soucieux d’harmoniser relativité et quantique (chap.3), écrit son équation (1928) sur l’électron penchée sur un positron (1931) qui ouvre la trappe aux autres anti-particule et à l’antimatière. Feynman dans le cadre d’une théorie quantique des champs, visualise dans ses diagrammes les échanges d’énergie, où création et annihilation font intervenir des processus virtuels conformes aux relations d’indétermination d’Heisenberg (ΔΕ.Δt ≥ ħ). Brouillards, éclairs et avalanches (chap.4) sont prétextes à disposer de différents détecteurs. Les rayons cosmiques (Hess) font partie du bal champ-être aux particules les plus énergétiques et le positron se met à nu 30µs dans une chambre de Wilson (Anderson/32). L’annihilation e⁺/e⁻ et les 2 photons produits à 511keV sont observés l’année suivante (Joliot/Thibaud). Les interactions nucléaires forte et faible, de portée très limitée (10⁻m) permettent de prédire l’existence de nouvelles particules. On attendait les mésons et se furent les muons (37), issus des gerbes cosmiques. Qui a commandé cela ? Avec les accélérateurs (Cyclotron.30/synchrotron.52) les premiers anti-protons (54), puis anti-neutrons (56) sont créés par technique du temps qui utilise 2 compteurs à scintillation. Pour une histoire de spin (Pauli), l’antineutrino (56), puis le neutrino (62), intègrent la grande tribu où quelques particules étranges (kaons) s’invitent au partage des interactions forte & faible.

La course à l’énergie (chap.5), pousse l’UNESCO à créer le CERN (50). Le synchrotron (PS/28GeV/600m) utilise le principe de la focalisation forte et les nouveaux détecteurs (chambres à bulles/52, chambre multifils/68) conduisent aux quarks de Gell Mann (61). Le LEP, premier collisionneur (27km/200GeV-1989/2000) et le SPS (400GeV) offrent au couple Rubbia/Van der Meer (83) et à la big science, d’y cueillir les premiers bosons Z & W de l’interaction faible. Mais les premiers antinoyaux (70) et antiatomes (96) trop gourmands, ne sont pas prêts de devenir source d’énergie.

Sur des concepts de symétrie C.P.T et de charges de couleurs, auxquels sont associés quelques grands noms (Weyl/Noether), la famille des particules stables (Chap.7) se réduits à 6 leptons (e⁻, ,  et leurs 3 neutrinos), et 6 quarks associés à leurs bosons bicolores et confinés (gluons), décrits dans le cadre de la chromodynamique quantique (73). Autour de ce modèle standard des brisures de symétrie (≠violations de symétrie type CP), sont proposés des bosons qui interagissent sur des champs (Higgs) conférant masses aux particules, tout en diminuant leur portée. Le gros problème actuel étant d’intégrer la gravitation, sa constante G=6,62.10⁻SI et son boson/graviton dans un nouveau modèle renormalisable et aux symétries d’ordre supérieur mais brisées à l’échelle où on les mesure. L’antimatière et l’univers (Chap.8) conduisent à s’intéresser au soleil et à ses neutrinos qui oscillent sur leur chemin de lumière, aux supernovæ qui ensemencent l’univers en et atomes lourds baignés de neutrinos, aux divers trous noirs (micro, massif et supermassif) qui ramènent le discours sur les origines de ce grand bazar. Rien n’est plus utile que la recherche inutile (Rubia).

La spécificité de l’ouvrage réside surtout sur les applications consécutives à l’interaction des diverses particules présentées sur la matière vivante (diagnostic, thérapie) où les effets prépondérants provoqués sont l’ionisation et le rayonnement de freinage (e⁻ ; e⁺). (Chap.6). L’auteur nous fait partager ses compétences sur les diverses techniques adaptées à l’imagerie médicale 3D. Sont évoquées, la radiographie (rayons X), le scanner (tomodensitomètre/72) concurrencé par l’IRM (sans rayonnement ionisant), la TEP (tomographie à émission de e⁺ avec émission de 2 ) et qui impose que des émetteurs de e⁺ soient sous le charme. A plus long terme des lasers intenses et accélérateurs compacts sont envisagés. Les récepteurs sont des scintillateurs (NaI, BGO, LSO) associés à des photomultiplicateurs (Caméra Anger), ou à des semi-conducteurs parfois utilisés en couronne (scanner) pour s’affranchir du collimateur. Radiothérapie protonthérapie & hadronthérapie exploitent aussi les particules de haute énergie qui font au mieux pour cibler leur point d’arrêt. A ce jour, les méthodes isotopiques s’étonnent de voir le cerveau humain agité de tous ces décombres.

Passionnant et original dossier. Quelques schémas évocateurs et de tableaux bien utiles (Benjamin Hattab), ainsi qu’un glossaire et une bibliographie, complètent le discours initiatique proposé.

Jacques CAZENOVE - 28/04/11



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