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Où peut-on trouver de l'antimatière sur Terre ?

Dossier - Antimatière vous avez dit Antimatière ?
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Le mot "antimatière" est entouré d'une certaine aura de mystère, et suscite bon nombre de questions. Nous allons définir ce qu'est l'antimatière, présenter quelques-unes de ses propriétés importantes.

  
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Ce qui nous entoure sur Terre est fait presque exclusivement de matière. Dit autrement, la quantité d'antimatière qu'on y trouve est extrêmement faible. On le sait car la coexistence des deux conduirait à des annihilations violentes que l'on détecterait. Vous avez noté le "presque", et en effet, nous avons vu plus haut que les positrons avaient été découverts dans l'atmosphère, ce qui signifie qu'au moins une petite quantité d'antimatière existe à l'état naturel autour de nous. Les processus permettant de créer de l'antimatière que nous avons décrits à la page précédente sont à l'œuvre sur Terre. Quand de l'antimatière est créée, elle ne disparait pas instantanément, car il lui faut le temps de trouver une particule avec laquelle s'annihiler. Il est donc possible de détecter les antiparticules qui ne se sont pas encore annihilées. C'était le cas des positrons découverts par Anderson en 1932.

On peut citer deux sources d'antimatière au niveau de la Terre : la radioactivité naturelle et les rayons cosmiques.

  • Les rayons cosmiques

L'espace autour de la Terre contient des particules chargées de haute énergie (jusqu'à 1020eV, la contribution la plus importante venant de ceux qui ont une énergie de quelques GeV, où 1 GeV vaut un milliard d'électron-volts, voir page précédente pour la définition), qui ont probablement été accélérées dans la Galaxie (par les ondes de choc créées lors des explosions de supernovae). On appelle ces particules, des rayons cosmiques, et on sait maintenant que ce sont principalement des protons. Quand ils arrivent au niveau de l'atmosphère terrestre, ils rencontrent les noyaux qui la composent et des réactions de haute énergie peuvent avoir lieu. Parmi les produits de ces réactions, on trouve des positrons (voir page précédente). Notons que c'est là l'origine des premiers positrons découverts par Anderson.

Les rayons cosmiques peuvent créer des particules (dont de l'antimatière) quand ils arrivent dans l'atmosphère.

  • La radioactivité naturelle

Nous avons vu précédemment que certains isotopes radioactifs peuvent émettre des positrons, par radioactivité ß+. Ces isotopes existent-ils à l'état naturel ?

La roche terrestre en contient de façon naturelle extrêmement peu. En effet, les noyaux qui la composent sont vieux d'au moins 4,5 milliards d'années, et il se trouve que les noyaux ayant des temps de vie aussi longs se désintègrent d'une autre manière (radioactivité alpha).

Par contre, lors des réactions induites par le bombardement de l'atmosphère par les rayons cosmiques, des noyaux radioactifs sont produits, et parmi ceux-ci certains sont instables par radioactivité ß+ (sodium 22, demi-temps de vie 2,6 ans), si bien que notre environnement naturel en contient.

Les réactions induites par la collision du proton cosmique sur les noyaux de l'atmosphère peuvent produire des espèces radioactives (14C, 22Na) dont certaines (le 22Na notamment) peuvent se désintégrer par radioactivité ß+