Antimatière

 

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L'existence de l'anti-matière découle logiquement de la validité de la théorie de la relativité. Pour comprendre cela, poses toi la question de la relation qui existe entre l'énergie cinétique K et l'impulsion p = m×v. Avant la relativité, tu pouvais écrire K = p2/2m = ½m×v2, comme tu le sais sûrement. Après la relativité cette écriture n'est plus valable et il faut trouver quelle est la nouvelle relation.

Le point de départ est la célèbre équivalence masse-énergie formulée par Albert Einstein: E = m×c2. L'impulsion étant un vecteur et l'énergie un scalaire, tu ne peux comparer les deux qu'en utilisant le carré du module:

Exprimes maintenant la vitesse en fonction l'impulsion et de la masse au repos m0 (m2 = b2×m0 où  b le facteur de Lorentz):

Reportes cette valeur dans l'expression précédente et tu as terminé:

La matière correspond à la valeur positive de l'énergie et l'anti-matière à la valeur négative. Les deux solutions sont acceptables comme on a pu le vérifier expérimentalement en fabriquant dans des accélérateurs de particules des faisceaux de positrons (anti-électron de même masse au repos que l'électron mais possédant un charge électrique q = +e).

Si tu trouves un peu bizarre d'avoir une énergie négative, songes que le temps ne s'écoule que dans une direction, mais qu'il est complètement arbitraire de choisir une direction particulière. Si tu choisis de dire que le temps s'écoule du passé vers le futur pour la matière, alors il s'écoulera en sens inverse (du futur vers le passé) pour l'anti-matière. Le génial physicien Paul Adrien Maurice Dirac est même allé encore plus loin en disant que le vide contenait autant de matière que d'anti-matière. Si l'on dispose d'une énergie suffisante, il devient possible d'arracher au vide une particule de matière en laissant derrière une particule d'anti-matière. Toutes ces choses fantastiques sont autorisées par la physique et découlent simplement de l'équivalence masse-énergie.

Un dernier point. Si tu connais les développement limités, tu sais sûrement que lorsque e est petit devant l'unité (1 + e)a ~ 1 + a×e. Supposes donc que le produit p2c2 soit petit devant le produit m02c4. Que devient l'expression de l'énergie cinétique pour une particule de matière (E > 0)? Ici a = ½ et e = p2c2/m02c4, soit:

Le premier terme est une constante qui disparaîtra automatiquement lors de tout bilan d'énergie, et il ne restera donc que le second terme qui est la définition bien connue de l'énergie cinétique non relativiste! Une telle cohérence interne au niveau théorique est absolument nécessaire pour qu'une nouvelle théorie (ici la relativité) remplace une plus ancienne (ici la mécanique Newtonienne).

undercon.gif (4369 octets)Cette page a été mise à jour le 22/09/99.