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Les armes à antimatière

Au CERN (Laboratoire européen de physique des particules), dans la nuit du 17 au 18 juillet 1986, pour la première fois dans l'histoire, de l'antimatière a été capturée dans un piège électromagnétique. En raison des conditions relativement précaires de cette première tentative réussie, les antiprotons n'ont pu être conservés que pendant dix minutes environ, une durée toutefois plus longue que les Américains Bill Kells de Fermilab et Gerald Gabrielse de l'Université de Washington n'avaient osé espérer. Lorsque ces chercheurs reviendront au CERN pour une nouvelle tentative, un appareillage plus perfectionné leur permettra, litéralement, de 'mettre en bouteille' quelques dizaines ou centaines d'antiprotons. Quand cette technique sera définitivement au point, ils pourront retourner chez eux avec dans leurs bagages une substance infiniment plus rare et difficile à obtenir qu'un morceau de lune. Ils pourront ainsi terminer dans leur propre laboratoire une expérience des plus importantes pour les théories d'unification des forces de la nature, celle qui consiste à comparer les masses du proton et de l'antiproton avec une précision meilleure qu'une partie dans un milliard.

D'autres chercheurs américains, en provenance cette fois-ci du laboratoire militaire de Los Alamos (où; durant la deuxième Guerre Mondiale la bombe atomique a été mise au point) sont aussi à pied d'oeuvre à Genève. Avec des moyens beaucoup plus importants et un matériel beaucoup plus sophistiqué, ils comptent aussi dans quelques mois capturer des antiprotons et les mettre en bouteille, mais en quantités beaucoup plus grandes. Comme ceux de l'équipe de l'Université de Washington, ils s'efforceront de déceler une infime différence de masse entre le proton et son antiparticule. Mais de plus, ils tenteront toutes sortes de manipulations extraordinaires telles que fabriquer de l'antihydrogène, injecter des antiprotons dans de l'hélium superfluide, rechercher des états métastables dans la matière ordinaire, etc. Des expériences cruciales qui devraient dans un proche avenir nous apprendre si oui ou non l'antimatière peut devenir une nouvelle forme d'énergie nucléaire, utilisable à des fins civiles et militaires. Pour les expériences les plus délicates, ils pourraient ainsi emporter à Los Alamos une bouteille d'antimatière, cuvée 1987 ou 88, afin d'y mettre au point, dans le calme des montagnes du Nouveau Mexique, des armes nucléaires exemptes de retombées radioactives, des armes à faisceaux projetant des jets de plasmas thermonucléaires, des lasers à rayons x ou gamma, et d'autres armes encore secrètes, toutes actionnées par l'antimatière.

Un concept vieux de plus de 40 ans ...

Paradoxalement, aussi futuristes et révolutionnaires que ces armes puissent paraître, la reconnaissance de l'importance militaire de l'antimatière [1], à condition qu'on sache la produire, est aussi ancienne que les textes de science fiction qui en parlent. C'est ainsi qu'Edward Teller, le père de la bombe H américaine, avait peut-être déjà des idées sur d'éventuelles applications militaires lorsqu'il publia en 1947, avec Enrico Fermi, un article traitant de la capture par la matière de particules négatives plus lourdes que l'électron [2]. Il est tout aussi significatif de constater que près de la moitié des publications non classifiées d'Edward Teller parues depuis 1945, et beaucoup des articles publiés d'Andrei Sakharov [3], le père de la bombe H soviétique, concernent de près ou de loin l'antimatière.

En fait, en 1950, deux ans avant l'explosion de la première bombe H, l'allumage par l'antimatière d'un mélange de deutérium et de tritium était à l'étude. Comme le montre, par exemple, un article de A.S. Wightman [4] (étudiant spécifiquement le problème de la capture des antiprotons par le deutérium et le tritium, le combustible de la bombe H) et celui de J. Ashkin, T. Auerbach et R. Marschak [5] (essayant de calculer le résultat des interactions entre un antiproton et un noyau de matière ordinaire), le problème principal de l'époque était qu'on ne disposait alors d'aucune donnée expérimentale permettant de savoir exactement ce qui se passe lorsque, par exemple, un proton rencontre un antiproton. Cependant, des arguments théoriques très solides permettaient déjà de conna&icirc;tre les deux caractéristiques essentielles d'une telle réaction d'annihilation, réaction au cours de laquelle les masses d'une particle et de son antiparticule se transforment entièrement en énergie. Ces deux charactèristiques restent encore valables aujourd'hui et justifient pleinement l'intér&ecirc;t de l'antimatière. C'est, d'une part, le fait que lors d'une réaction d'annihilation, le dégagement d'énergie utilisable par unité de masse dépasse tout ce que l'on conna&icirc;t déjà. Pour une annihilation proton-antiproton, il est trois cent fois plus élevé que pour une réaction de fission ou de fusion. D'autre part, lorsqu'on approche l'antimatière de la matière, la réaction d'annihilation démarre toute seule, sans qu'on aie à rassembler une masse critique comme dans la fission, et sans apport initial d'énergie d'allumage comme dans la fusion. </p> <p> Bref, une allumette nucléaire idéale, à condition que l'on sache produire, et bien s&ucirc;r manipuler, des quantités non-négligeables d'antimatière. Mais comme on ne savait ni quand ni comment on pourrait fabriquer cette antimatière, et que nombre de questions fondamentales sur l'annihilation étaient en suspend, les recherches appliquées se concentraient depuis plusieurs années sur d'autres techniques, plus prometteuses à court terme, quoique moins élégantes pour les théoriciens. C'est ainsi que le problème de l'allumage de la bombe H fut résolu par l'utilisation d'une bombe A comme détonateur, et l'existence de l'antiproton resta théorique jusqu'en 1955.

La fabrication des premiers antiprotons

Historiquement, la première antiparticule observée a été l'antiélectron, aussi appelé positron. Elle fut découvert, en 1932, par Carl David Anderson qui observa dans le rayonnement cosmique une particule de m&ecirc;me masse que l'électron, mais de charge opposée. Evidemment, on a essayé de découvrir l'antiproton de la m&ecirc;me manière, mais sans succès. Ne connaissant de lui que sa masse et sa charge électrique, il était pratiquement impossible de l'identifier de manière certaine dans le rayonnement cosmique avec les détecteurs disponibles à l'époque [5]. On devait donc le produire artificiellement. Et pour cela, il fallait un accélérateur plus puissant que tous les accélérateurs construits jusque-là. Très schématiquement, la production d'antimatière se fait ainsi : des protons sont accélérés à une vitesse proche de la lumière, puis projetés sur une cible. Il y a collision. Si violente qu'une partie de l'énergie se transforme en paires particules-antiparticules. Une fois cet accélérateur construit à Berkeley, on a pu alors “voir”, des antiprotons pour la première fois en 1955.

En les injectant dans un détecteur rempli d'hydrogène liquide, on observa que lors de la rencontre, explosive, d'un antiproton avec un proton, l'énergie ainsi libérée se rematérialisait en une kyrielle d'autres particules qui partaient dans toutes les directions. Ces particules sont essentiellement des pions (encore appelés mésons pi). Elles emportaient avec elles la quasi totalité de l'énergie d'annihilation. Mais Edward Teller et son étudiant Hans-Peter D&uuml;rr n'en restèrent pas là [6]. En 1956, ils émirent l'hypothèse que si au lieu de s'annihiler avec un simple noyau d'hydrogène, l'antiproton s'annihilait avec un proton ou un neutron situé au coeur d'un noyau complexe comme le carbone ou l'uranium, le noyau en question exploserait litéralement, d'o&ugrave; un dép&ocirc;t d'énergie extr&ecirc;mement importante. Ainsi, un grand nombre d'applications civiles et militaires de l'antimatière redevenaient possible en théorie. </p>

Les découvertes du CERN ...

Trente ans s'écoulèrent avant qu'on ne réalise le complexe de machines hypersophistiquées nécessaires à l'accumulation et au ralentissement d'antiprotons. Ce système unique au monde [7] se trouve au CERN (fig. 1). Grâce à lui, il est devenu possible d'étudier la rencontre d'un grand nombre d'antiprotons avec des noyaux d'atomes. C'est ainsi que l'on a pu définitivement établir que si le dép&ocirc;t d'énergie n'était pas aussi importante que Teller — ou d'autres plus récemment [8] — l'avait escompté, il était toutefois suffisante pour que les applications militaires de l'antimatière deviennent possible en pratique. Par contre, il devenait tout aussi clair que l'antimatière ne pourrait jamais devenir une source d'énergie utilisable dans une centrale électrique. Il faut savoir en effet que la production d'antimatière co&ucirc;te cher, très cher, tant il faut d'énergie pour la créer.

Grâce aux résulats du CERN, nous avons pu, dès ao&ucirc;t 1985, publier une estimation du nombre d'antiprotons nécessaires pour allumer des réactions thermonucléaires : que ce soit pour amorcer une bombe H ou pour déclencher la microexplosion d'une pastille de combustible thermonucléaire [9]. Nous avons ainsi découvert qu'il était tout à fait possible de réaliser une bombe H, ou une bombe à neutrons, dans laquelle les trois à cinq kilogrammes de plutonium seraient remplacés par un microgramme d'antihydrogène. Le résultat serait ce que les militaires appellent une bombe `propre', c'est-à-dire une arme nucléaire pratiquement exempte de retombées radioactives, car ne contenant plus de matériaux fissiles (fig. 2).

... et la renaissance de l'intérêt des militaires

Pour qu'une telle utilisation militaire soit réaliste, il faut disposer d'une technologie capable de produire suffisamment d'antiprotons pour fabriquer au moins un détonateur à antimatière par jour. D'o&ugrave; un taux de production minimal de 1013 antiprotons par seconde, ce qui est six ordres de grandeurs plus élevé que celui du CERN aujourd'hui (107

antiprotons par seconde); mais de nombreuses possibilités d'augmenter ce dernier chiffre existent théoriquement [9]. Ce que nous ignorions, c'est que, dès l'été 1983, la RAND corporation avait déjà examiné pour le compte de l'US Air Force les possibilités d'exploiter “le grand dégagement d'énergie, résultant de l'annihilation matière-antimatière” [10]. Des préoccupations similaires avaient également germé en Union Soviétique [11]. Le travail de la RAND fut complété en 1984 et la version publiée en juin 1985 constitue une importante évaluation des possibilités de développement d'une telle entreprise en vue d'applications militaires.

Selon ce document, une évaluation définitive de la possibilité de produire et manipuler 1013 antiprotons par second, et de réaliser des réservoirs d'antiprotons transportables, devrait pouvoir &ecirc;tre obtenue dans les cinq à sept prochaines années ; d'importants développements technologiques pouvant &ecirc;tre testés à l'aide de particules ordinaires d'antiprotons. Ce rapport mentionne quatre grandes catégories d'applications: <i>propulsion</i> (carburant pour fusées anti-missiles ultra-rapides), <i>genérateurs d'énergie</i> (ultra-compactes et légers pour les plateformes militaires en orbite), <i>armes à énergie dirigées</i> (faisceaux d'antihydrogène, lasers nécessitant un pompage ultra-rapide) et <i>“autres usages militaires secrets”</i> (bombes diverses actionnées par l'antimatière).

Pour toutes ces applications, en plus des avantages liés à l'extr&ecirc;me densité d'énergie et à la facilité d'allumage, les réactions d'annihilations ont deux caractéristiques spécifiques importantes : la libération d'énergie dans une explosion matière-antimatière est extr&ecirc;mement rapide (dix à mille fois plus brève que dans une explosion nucléaire) et la plus grande partie de l'énergie est émise sous forme de particules chargées légères mais très énergétiques (le rapport énergie/masse des pions émis dans l'annihilation est deux milles fois plus élevé que le rapport correspondant pour la fission ou la fusion). A l'aide de champs magnétiques, on peut alors former un faisceau de pions d'une intensité colossale, de l'ordre de 100 méga-ampère par microgramme d'antiprotons. Dirigé dans l'axe d'un dispositif adéquat, un tel faisceau peut actionner un générateur magnéto-hydrodynamique, engendrer un faisceau d'ondes électromagnétiques, amorcer une explosion thermonucléaire cylindrique, ou encore pomper un laser à rayons x de grande puissance. Dans ce dernier cas, l'énergie des pions transformerait, en un plasma très uniforme, un long cylindre d'une substance telle que le sélénium, dont les atomes ionisés possèdent des états excités favorables à l'émission stimulée et à l'amplification d'un rayonnementxX cohérent. Mais ce concept n'est qu'un exemple parmi d'autres d'une série de possibilités qui permettent, en théorie, grâce à l'antimatière, d'envisager des laser x au rendement dix à mille fois plus élevés que ceux qui sont actionnés par d'autres sources d'énergie.

La mise au point de ces applications demande évidemment un certain nombre d'expériences qui ne peuvent &ecirc;tre faites qu'avec de l'antimatière. Cependant, dans la mesure o&ugrave; des antiprotons fabriqués en Europe (sur territoire suisse) pourront &ecirc;tre mis en bouteille et emmenés aux Etats-Unis, la RAND Corporation estime que la construction d'une installation aussi complèter que celle du CERN ne sera pas nécessaire à court terme aux Etats-Unis [12].

Recherche fondamentale ou recherche militaire ?

En raison de l'importance des enjeux stratégiques (il semble, par exemple, que l'antimatière soit une source d'énergie particulièrement intéressante pour actionner les laser à rayons x de la Guerre des étoiles), il n'est pas étonnant que les savants américains et soviétiques intéressés par les applications éventuelles de l'antimatière se pressent pour venir au CERN, qui dispose aujourd'hui d'au moins cinq ans d'avance dans la technique de production de l'antimatière. Dans ce contexte, il n'est pas étonnant non plus qu'un faux pas survienne…

En effet, la justification officielle des équipes de physiciens américains en provenance de laboratoires militaires, est de venir au CERN pour y faire des recherches <i>fondamentales</i>, de science pure. Or, au début de juillet 1986, ces m&ecirc;mes Américains devaient aller à Madrid o&ugrave; une session entière de la quatrième conférence internationale sur les systèmes nucléaires avancés était consacrée aux applications de l'antimatière pour la production d'énergie nucléaire. A cette m&ecirc;me conférence, nous devions présenter le point de vue que les seules applications réalistes de l'énergie d'annihilation seraient dans le domaine militaire [13]. </p> <p> Coup de théâtre, les Américains ne sont pas venus ! Dix jours avant le début de la conférence, ils ont annoncé leur retrait sans fournir de réelles explications. Les participants ont vite compris que les autorités américaines avaient sans doute réévalué l'importance militaire de l'antimatière et avaient emp&ecirc;chés les chercheurs de Los Alamos de venir à Madrid [14]. Des scientifiques travaillant au CERN, en provenance d'un laboratoire militaire non européen, ont ainsi montré qu'ils avaient d'autres intér&ecirc;ts que la recherche fondamentale, et que ces intér&ecirc;ts touchaient de toute évidence au domaine couvert par le secret défense…

Conséquences stratégiques et politiques

Que des armes thermonucléaires actionnées à l'antimatière soient réalisables ou non, que d'autres armes utilisant l'énergie d'annihilation soient faisables ou non, le fait qu'une quantité relativement faible d'antimatière puisse déclencher une explosion thermonucléaire de grande puissance pose de graves problèmes pour l'avenir de l'équilibre stratégique. En effet, les traités de contr&ocirc;le des armements actuellement en vigeur ne concernent formellement que les dispositifs et les matériaux qui sont en rapport avec la fission [15] : bombes atomiques, réacteurs nucléaires et matières fissiles. En éliminant l'amorce de fission des armes thermonucléaires, les bombe H ou les bombes à neutrons déclenchées à l'antimatière pourraient &ecirc;tre librement fabriquées par tout pays qui en aurait les moyens, et placées dans tous les environnements, y compris l'espace extra-atmosphérique. </p> <p> D'autre part, si par exemple des obstacles techniques emp&ecirc;chaient la réalisation concrète d'armes à antimatière utilisables sur le champ de bataille, les microexplosions actionnées par l'antimatière permettraient néanmoins de réaliser en laboratoire des explosions thermonucléaires de faible et moyenne puissance. Cette possibilité réduirait considérablement le besoin d'effectuer des explosions nucléaires souterraines, et rendrait évidemment dérisoire toute tentative de ralentissement de la course aux armements par un éventuel traité d'interdiction complet des essais nucléaires [15]. Une telle installation d'essais nucléaires en laboratoire pourrait &ecirc;tre construite autour d'un complexe de grands accélérateurs d'ions lourds [16], lesquels serviraient alors autant pour la production massive d'antimatière, que pour des études de compression et d'explosion de microbilles de combustibles thermonucléaires.

André Gsponer et Jean-Pierre Hurni

Références

[1] J. Grinevald, A. Gsponer, L. Hanouz et P. Lehmann: La quadrature du CERN. Editions d'En Bas, CH-1017 Lausanne (1984).

[2] E. Fermi and E. Teller: The capture of negative mesotrons in matter. Phys. Rev. <strong>72</strong> (1947) 399–408.

[3] A. D. Sakharov: Oeuvres scientifiques, Editions anthropos, Paris (1984).

[4] A. S. Wightman: Moderation of negative mesons in Hydrogen I: Moderation from high energies to capture by an H2 molecule. Phys. Rev. 77 (1950) 521–528. (Note: la partie II de cet article n'a jamais été publiée.)

[5] J. Ashkin, T. Auerbach and R. Marschak: Note on a possible annihilation process for negative protons. Phys. Rev. 79 (1950 ) 266–271.

[6] H.-P. Duerr and E. Teller: Interaction of antiprotons with nuclear fields. Phys. Rev. <strong>101</strong> (1956) 494–495.

[7] La mise en service à Fermilab près de Chicago d'un système de production et de refroidissement d'antiprotons est prévue pour la fin 1986. Par contre, on ne prévoit pas d'y construire un sytème de décélération semblable à LEAR (fig. 1). En ce qui concerne l'URSS, on n'a que peu de détails sur l'état d'avancement de leur projets avec l'antimatière.

[8] M.R. Clover et al.: Low energy antiproton-nucleus interactions. Phys. Rev. <strong>C26</strong> (1982) 2138-2151.

[9] A. Gsponer and J.-P. Hurni: Antimatter induced fusion and thermonuclear explosions. Atomkernenergie–Kerntechnik <strong>49</strong> (1987) 198–203.

[10] B.W. Augenstein: Concepts, problems, and opportunities for use of annihilation energy. Prepared for the United States Air Force, RAND Note N-2302-AF/RC, June (1985).

[11] N. A. Vlasov: Annihilation as an energy process. Soviet atomic energy <strong>44</strong> (1978) 40–45.

[12] Référence 9, page 43.

[13] A. Gsponer and J.-P. Hurni: The physics of antimatter induced fusion and thermonuclear explosions. Proceedings of the 4th International Conference on Emerging Nuclear Energy Systems, Madrid, June 30/July 4, 1986 (World Scientific, Singapore, 1987) 166–169.

[14] Les titres des communications censurées étaient les suivants:

W. Saylor, S. Howe, D. Holtkamp, M. Hynes (invited paper): Antimatter production factory - systems tradoffs.

M. H. Holzscheiter: Antiproton storage - A new concept for future energy systems. <

L. J. Campbell: Antiproton storage in condense matter - The promise, the prospects.

S. Howe (invited paper): Use of antimatter annihilation products to produce usable power for space based applications.

[15] A. Gsponer, B. Jasani and S. Sahin: Emerging nuclear energy systems and nuclear weapon proliferation. Atomkernenergie/Kerntechnik <strong>43</strong> (1983) 169–174.

[16] C. Deutsch: Intertial confinment fusion driven by intense ion beams. Annales de Physique <strong>11</strong> (Février 1986) 1–111.

Illustration No 1:

Réservoir transportable d'antimatière

Des antiprotons produits au CERN peuvent &ecirc;tre stockés dans une trappe de Penning comme celle-ci, et envoyés par voie de surface ou par avion dans un laboratoire industriel ou militaire. La plus grande partie de cette ``bouteille'' est un réservoir contenant de l'azote liquide destiné à refoidir la trappe de Penning proprement dite. Celle-ci se trouve au bas de l'équipement, à la hauteur du système d'injection/extraction des antiprotons. (Cliché Pennsylvania State University.)<br>

Illustration No 2

Bombe à hydrogène actionnée à l'antimatière

Il est possible de réaliser une arme thermonucléaire dans laquelle les quelques 3 à 5 kilos de plutonium nécessaires à l'amor&ccedil;age seraient remplacés par 1 microgramme d'antihydrogène. Dans une telle bombe hypothétique, l'antimatière se trouverait au centre, sous forme d'une bille d'un dixième de mm de diamètre isolée du combustible thermonucléaire, une sphère creuse de 100 g de Li2DT qui l'entoure. Après qu'un ensemble de lentilles explosives a suffisamment comprimé ce combustible, celui-ci touche l'antihydrogène. Les réactions d'annihilation matière-antimatière se déclanchent alors instantanément, fournissant l'énergie nécessaire pour “allumer” les réactions thermonucléaires. Si le degré de compression choisi est élevé, on obtient une bombe à effets mécaniques augmentés ou, s'il est bas, une bombe à neutrons (voir “Les armes à neutrons” dans La Recherche de septembre 1984). Dans les deux cas, les effets d'impulsion électromagnétique et les retombées radioactives sont nettement réduits par rapport à ceux d'une bombe A ou H conventionnelle de m&ecirc;me puissance. </p>


ENCADRE

Production et stockage des antiprotons

La théorie quantique relativiste prédit l'existence de deux espèces de composants élémentaires qui se manifestent sur un pied d'égalité par rapport aux équations fondamentales. Pour chaque particule, il existe ainsi une antiparticule dont la masse et le spin sont les m&ecirc;mes, mais dont les charges électrique et forte sont du signe opposé. De plus, particules et antiparticules peuvent appara&icirc;tre ou dispara&icirc;tre par paires, et ceci notamment lorsque de l'énergie se transforme en matière. </p> <p> Les antiprotons et les positrons seront très probablement les seules formes d'antimatière qu'il sera possible de produire en quantités substancielles dans les années à venir. Pour les fabriquer, on accélère des protons (ou d'autres particules) à des énergies telles que lorsqu'ils entrent en collision avec une cible, une partie de l'énergie se transforme en des paires particules-antiparticules. En pratique, si l'on utilise une cible fixe, la production des antiprotons est maximale (par rapport à l'énergie investie) lorsque les protons sont accélérés à une énergie de 120 GeV (giga électron-volts) environ [A]. Comme moins d'une collision sur trente produit un antiproton, et que la masse de l'antiproton ne correspond qu'à 0.94 GeV, le rendement énergétique est très mauvais. De ce point de vue, une meilleure solution serait d'utiliser un anneau-collisionneur dans lequel les antiprotons sont produits lors de la collision frontale de protons tournant en sens opposé [B]. Toutefois, en théorie, un rendement encore plus élevé pourrait &ecirc;tre obtenu si l'on parvenait à recréer en laboratoire des conditions semblables au `Big-Bang' originel, dans lesquelles la production de paires protons-antiprotons deviendrait spontanée. Il est possible que de telles conditions se retrouvent dans des plasmas de quarks et de gluons créés lors des collisions de ions lourds, lesquelles font aujourd'hui l'objet de recherches intensives [C].

Une fois les antiprotons créés (avec tout un spectre de vitesses et de directions), l'étape suivante consiste à les capturer avant qu'ils n'interagissent avec la matière. Ce problème est bien plus difficile que celui de la production, et il a fallu près de 30 ans pour qu'on trouve, au CERN, une solution. Pour cela il a fallu inventer le `refroidissement stochastique', une technique qui permet de réduire la largeur de la distribution des vitesses des antiprotons [Voir “La découverte des bosons intermédiaires” dans La Recherche d'avril 1984, p.508-510]. Il est alors possible de concentrer les antiprotons dans un très petit faisceau, de les accumuler dans des anneaux de stockage et, finalement, de les ralentir jusqu'à des énergies telles qu'on puisse les immobiliser dans des pièges électromagnétiques.

Dans un piège de Penning, les particules sont confinées radialement par un champ magnétique et axialement par un champ électrostatique. C'est avec un piège cylindrique de ce type que l'on a pu garder en bouteille, à l'université de Washington, le m&ecirc;me électron pendant plus de 10 mois [D], et que l'on vient de mettre “en bo&icirc;te,” au CERN, des antiprotons pour la première fois. Pour conserver des antiprotons pendant des années, il faut encore s'assurer que le vide soit meilleur que 10-18 Torr, ce qui n'est possible qu'avec des enceintes fermées (après remplissage) et refroidies à la température de l'hélium liquide. Il est alors pratiquement impossible de mesurer la qualité du vide, si bien que seule l'expérience permettra de vérifier si la technique est bonne. En cas de succès, il sera possible de réaliser des bouteilles transportables d'une capacité de 1022 à 1013 antiprotons [E]. </p> <p> Alors commencera la phase décisive pour les applications pratiques de l'antimatière : sera-t-il possible de développer des techniques de stockage qui soient à la fois suffisamment compactes et simples ? Pour cela, deux voies principales sont envisagées. La première consiste à faire de l'antihydrogène en combinant des antiprotons avec des positrons, puis à essayer de former des billes d'antihydrogène solide, que l'on pourrait manipuler et conserver à l'aide de diverses techniques de lévitation électromagnétique ou optique. On obtiendrait de la sorte des densités de stockage très élevées, mais uniquement dans des enceintes cryogéniques et des vides de très haute qualité.

L'approche la plus séduisante serait de stocker les antiprotons dans de la matière ordinaire. En effet, si toute particule d'antimatière a tendance à s'annihiler spontanément au contact de la matière (que ce soit sous l'effet de l'attraction électromagnétique dans le cas des positrons et des antiprotons, ou des forces de van der Waals dans le cas de l'antihydrogène) l'existence d'états métastables d'antiprotons dans la matière condensée ne peut pas &ecirc;tre exclue à priori [F]. Par exemple, diffusé à très basse énergie dans un solide, un atome d'antihydrogène se déplacera jusqu'au moment o&ugrave; son positron s'annihilera avec un électron. L'antiproton pourra alors prendre la place de cet électron et, sous certaines conditions, rester confiné dans certains points du réseau cristallin. On ne sait pas encore aujourd'hui quels types de matériaux utiliser, mais l'immense diversité des composés chimiques est à la disposition des chercheurs. </p> <p> D'autres possibilités moins évidentes au premier abord pourraient se présenter encore. Par exemple, tout comme les électrons, il est possible que les antiprotons forment dans l'hélium liquide une bulle au centre de laquelle ils subsisteraient indéfiniment [F]. De m&ecirc;me, il n'est pas impossible que des antiprotons dans un métal y forment des paires de Cooper qui, telles les paires d'électrons responsables de la supraconductivité, seraient virtuellement incapables de perdre par choc de l'énergie cinétique, et donc de s'annihiler.

A. G. et J.-P. H

Références (pour l'encadré)

[A] A. Gsponer and J.-P. Hurni: Antimatter induced fusion and thermonuclear explosions. Atomkernenergie–Kerntechnik <strong>49</strong>

(1987) 198–203.

[B] G. Chapeline and R. Moir: Some thoughts on the production of muons for fusion catalysis. LLNL Report UCRL-93611 submitted to Journal of Fusion Energy (January 15, 1986).

[C] T.A. DeGrand: Are antibaryons a signal for phase transition in ultrarelativistic nucleus-nucleus collisions? Phys. Rev. D30 (1984) 2001–2004.

[D] G. Gabrielse, H. Dehmelt and W. Kells: Observation of cyclotron motion of a single electron. Phys.Rev.Lett. 54(1985) 537–539.

[E] W. Kells: Remote antiproton sources. IEEE Trans. Nucl. Sci. NS-32 (1985) 1770–1772

[F] M.V. Hynes: Physics with low temperature antiprotons. in Physics in the ACOL era with low-energy cooled antiprotons, Editions Frontières, Gif-sur-Yvette, France (1985) 657–664.

Pour en savoir plus

Référez-vous à une étude technique récente du Lawrence Livermore National Laboratory : <a href=“Perkins-Ort-Tabak.pdf”>On the Utility of Antiprotons as Drivers for Inertial Confinement Fusion</a> par L. John Perkins, Charles D. Orth, et Max Tabak, publiée le 15 juin 2003.

Ainsi qu'aux déclarations des physiciens Carlo Rubbia et Robert Klapisch sur <a href=“Rubbia-Klapisch.html”>l'utilité de l'antimatière</a>.</p>

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