O

1
Où est passée lantimatière ?
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2
Lantimatière

• Quest-ce que la matière ?
• Pourquoi de lantimatière ?
• Où et comment produit-on de lantimatière ?
• Que faire avec de lantimatière ?
• Et notre univers ?

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Quest-ce que la matière ?
nombre de protons du noyau nombre délectrons
de latome caractérise lélément chimique
un élément peut avoir plusieurs isotopes qui
différent par le nombre de neutrons de leur noyau
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4
Petite histoire de lantimatière
Électromagnétisme
électron
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5
Problème
Léquation de Dirac a 2 solutions !
Que signifie la deuxième solution ?
? Rien ? ? Électron dénergie négative ? Une
particule de charge 1 ??? ? Le proton ? Mais sa
masse est 2000 fois plus grande
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6
Lantimatière
même masse même durée de vie charge opposée etc.
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7
Comment fabriquer de lantimatière ?
Matérialisation
E M c 2
Collision ? énergie ? matière antimatière
La masse du proton 2000 fois la masse de
lélectron ? ? énergie 2000 fois plus grande
pour créer p
que pour créer e e
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8
À la découverte de lantimatière
1932 e Rayons cosmiques
23 ans 1955
Berkeley (USA)
1956 Berkeley (USA)
9 ans
Antinoyaux
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9
Que devient lantimatière ?
Annihilation
à larrêt
M c 2 E
matière antimatière ? énergie ? g
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10
De lantimatière dans la radioactivité
sodium
néon
fluor
oxygène
azote
carbone
protons
neutrons
b
neutron ? proton électron e- antineutrino
b
proton ? neutron positron e neutrino
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11
Principe de limagerie médicale
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La tomographie par émission de positrons
e
e e ? 2g de 511 keV dos à dos
Couronne de détecteurs coïncidence
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Détection de tumeurs cancéreuses
Maladie de Hodgkin chez un homme de 35 ans
Photos Iowa P.E.T. Imaging Center
Avant traitement
Un mois après la fin de la chimiothérapie
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14
Étude de la maladie de Parkinson
3 mois 6 mois 12 mois après une greffe
Le traceur au fluor 18 ne se fixe pas car la
maladie de Parkinson a fait disparaître les
neurones dopaminergiques
les neurones dopaminergiques augmentent
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15
Étude du fonctionnement du cerveau
Lecture
Écoute
La lecture et lécoute ne font pas travailler les
mêmes zones du cerveau
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Un outil pour les physiciens
Des collisionneurs pour la physique grâce à
lantimatière
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Découvertes par collisionsmatière-antimatière
? p
Protons
1983 CERN
CERN
W W 90 GeV Z0
Antiprotons
3,5 GeV/c
AA
1995 Fermilab
quark top 175 GeV
Cible
Linac
Source
C. Rubbia
S. Van der Meer
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Des antiprotons en bouteille
À champ magnétique constant, la fréquence de
rotation varie comme 1/M
1999 CERN 1,000 000 000
09

0,000 000 000 09
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19
De lénergie avec de lantimatière ?
O2
chimique
1
H2O
H2
fission
235U
30 000
d
fusion
200 000
He
d
p
annihilation
30 000 000
Conversion masse ? énergie TRÈS TRÈS efficace
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20
De lantimatière pour quoi faire ? (1)
Carburant ultraléger

• des microgrammes pour les fusées réaliser
  des missions impossibles
• telles que Terre - Centre Galaxie

• des milligrammes pour des armes très puissantes

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De lantimatière pour quoi faire ? (2)
De lélectricité ?
Pour fabriquer les antiprotons, 100 millions de
fois plus dénergie dépensée que récupérée
Production très coûteuse Stockage difficile et
dangereux
Pas rentable du tout !
Soigner avec des antiprotons au lieu des protons ?
Annihilation des antiprotons ? action très
localisée
vérification du point touché Possible
mais coûteux
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Un sujet détude pour les physiciens
En remplaçant un électron par un antiproton
1990
e
En fabriquant des antiatomes dhydrogène
1995-2002
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23
À la découverte de lantimatière
1932 e Rayons cosmiques
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Une dissymétrie matière-antimatière
Le kaon neutre peut osciller entre matière et
antimatière
K0
En fonction du temps, on peut comparer
matière ? antimatière
?
K0
?
antimatière ? matière
K0
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CPLEAR étiquette les K et les K
0
0
K0
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Le hall expérimental de LEAR
Photo CERN
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Le détecteur CPLEAR
cible
La collaboration CPLEAR 100 physiciens de 9 pays
États-Unis, France, Grande Bretagne, Grèce,
Pays-Bas,
Portugal, Slovénie, Suède, Suisse
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Le résultat de CPLEAR
Asymétrie AT 0,0066 0,0013stat 0,0010syst
La matière lemporte sur lantimatière
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Et notre Univers ?
Au moment du big-bang
énergie ? matière antimatière
matière antimatière ? énergie ? g
Ensuite
Autour de nous, Dans notre
galaxie, Dans les
autres galaxies,
Dans notre Univers,
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Quest devenue lantimatière ?
Il peut y avoir disparition de lantimatière si
A. Sakharov
? Production dun léger déséquilibre 1 000 000
000 antiprotons ou antineutrons ? 1
000 000 001 protons ou neutrons
? dissymétrie matière antimatière ? observée
pour le kaon neutre (CPLEAR) et le B
(expérience Babar)

• ? déséquilibre thermodynamique
• ? possible au tout début du big-bang

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Et si un extra-terrestre venait
Il veut atterrir, nous serrer la main, boire du
champagne Que répondre ?
Malgré sa gentillesse apparente, ne pas linviter
sans
vérifier quil ne vient pas dun monde
dantimatière !
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