SF et science: L'antimatière.

Comics et S.F. face à la science.

L'ANTIMATIERE.

Dans de nombreux romans de science fiction on trouve une substance mystérieuse et terrifiante qui a la propriété de détruire toute matière: l'antimatière. Ainsi, par exemple, dans la trilogie fleuve de Peter F. Hamilton Expansion - L'alchimiste du neutronium - Le dieu nu, l'antimatière apparaît, dans l'avenir, comme un matériau, dont le commerce est interdit et réprimé par une force de police universelle et qui permet de construire une bombe de puissance sans égal -toute une planète est anéantie dans le roman- ou d'alimenter le moteur d'une fusée pour la propulser à une vitesse tout aussi inégalable. L'analogie est évidente avec, au présent, les matériaux fissiles. Certains auteurs ont été beaucoup plus loin dans le fantastique en imaginant des êtres vivants, des hommes, constitués d'antimatière. Par exemple dans Superman 271 (numérotation US) la ville de Métropolis et son double d'antimatière sont menacées de destruction mutuelle par leur rencontre prochaine. Mieux encore, on trouve des univers entiers d'antimatière comme la Zone Négative, cet univers parallèle d'antimatière bien connu des lecteurs du comic Fantastic Four, où Lee et Kirby l'ont introduite dans le numéro 51 de 1966. Résumons nous. Nous avons: 1 une substance ayant la propriété de détruire la matière au moindre contact, tout en étant détruite elle même; 2 son utilisation militaire ou industrielle (aérospatiale en particulier); 3 des mondes entiers d'antimatière. Aucun de ces trois points tient-il face à la science?

L'ANTIMATIERE EXISTE.
Ce n'est pas une invention des écrivains. Ce n'est pas une hypothèse ou une théorie. C'est un fait. Toute la matière qui nous entoure ou nous constitue est formée par (des atomes eux mêmes constitués de) plusieurs sortes de particules dites élémentaires. Pour simplifier on peut considérer les particules comme de minuscules billes. (Ce n'est pas ça du tout, mais comme vous ne réussirez jamais à trouver deux physiciens qui soient d'accord sur ce que c'est, ni même un seul qui en ait une idée claire et précise, nous ferons notre soupe avec ça.) Il existe une autre sorte de particules qui constituent la lumière et de très nombreuses autres sortes encore qui ne composent ni la matière ni la lumière mais qu'on trouve dans les rayons cosmiques qui sillonnent l'espace interplanétaire. Les différentes sortes de particules se distinguent par la valeur de diverses propriétés comme leur masse (leur poids en quelque sorte) ou leur charge électrique. Chaque particule lourde a naturellement tendance à se désintégrer, c'est à dire à se transformer en plusieurs particules plus légères. La catégorie de particule la plus légère étant celles qui composent la lumière on pourrait s'attendre à ce que toute la matière se transforme spontanément en lumière ce qui serait fort regrettable car, alors, l'univers disparaîtrait et nous avec. Ce qui empêche cette catastrophe, c'est que les propriétés des particules se conservent. Par exemple, la charge électrique d'un des électrons qui composent l'enveloppe des atomes ne peut pas disparaître or la lumière n'a pas de charge électrique donc les électrons ne peuvent pas se changer en particules de lumière et c'est grâce à cela que l'univers continue d'exister. Mais pour chaque sorte de particules, il en existe une autre sorte qui possèdent les propriétés exactement opposées. On les appelle les antiparticules. Prenons par exemple un antielectron (ou positron), la valeur de sa charge électrique est égale à moins celle de l'électron. Si on choisit l'unité de charge électrique de façon que celle de l'électron soit égale à +1, celle de l'antielectron vaut -1. Leur somme est donc égale à zéro. Par conséquent si un électron et un antielectron venaient à disparaître au même instant, cela ne constituerait ni une création ni une disparition d'électricité. Aussi rien ne s'oppose à ce que l'électron et l'antielectron se transforment en lumière si, par malheur pour eux, ils venaient à se rencontrer. Ainsi lorsque la matière et l'antimatière sont en présence l'une de l'autre, elles disparaissent dans un grand flash de lumière. Dans ces conditions comment l'univers continue-t-il d'exister? Pourquoi sa matière et son antimatière ne se détruisent-elles pas mutuellement? Parce qu'il n'y a presque pas d'antimatière dans l'univers. Celle qu'il a pu y avoir a été anéantie depuis longtemps par sa rencontre avec la matière et il ne reste aujourd'hui que la matière "en plus". Certains phénomènes naturels ou expérimentaux créent bien des quantités infimes d'antimatière (en même temps que de matière pour respecter les lois de conservations de leurs propriétés) mais cette antimatière disparaît aussitôt au voisinage de la matière comme une boule de neige dans un volcan. Pourquoi l'univers est il plein de matière et vide d'antimatière? Ou pourquoi, si il y avait de l'antimatière "au départ", y en avait-il moins que de matière? Personne n'en a la moindre idée. Mais c'est grâce à cela que nous existons.

Applications militaires ou
industrielles de l'antimatière.
Elles ne sont pas pour demain. Théoriquement, la bombe ou la fusée à antimatière n'auraient aucune raison de ne pas marcher. En effet, lorsque matière et antimatière se rencontrent, elles ne disparaissent pas complètement, elles se transforment en lumière. Et cette lumière est animée d'une quantité énorme d'énergie. De quoi vous donner un sacré coup de soleil. Du genre à détruire, non pas Hiroshima ou Nagazaki, mais le Japon entier et pourquoi pas la planète, ou du genre à propulser une fusée jusqu'à Mars en quelques semaines. "Malheureusement", la bombe à antimatière butte sur un gros problème. (J'ai mis malheureusement entre guillemet parce qu'il me semble qu'on a déjà de quoi bien s'amuser avec les jouets qu'on a en stock.) Pour faire une bombe sérieuse, ou un moteur de fusée, il faudrait bien quand même un ou deux kilos d'antimatière. Or aussitôt qu'on en fabrique moins d'un milliardième de gramme, elle se désintègre au contact de la matière ambiante. Vous voudriez également, sans doute, que votre bombe attende d'être arrivée chez l'ennemi avant de sauter. Or il se produit beaucoup moins d'une seconde entre le moment ou vous avez créée votre misérable petite antiparticule et celui où elle rencontre une particule. Je crains donc que nous devions nous contenter de nous atomiser mutuellement pendant encore quelques temps. L'antimaterrialisation de l'ennemi restera un joli rêve.

Des mondes d'antimatière?
Nous venons de le voir, l'existence dans notre univers de beaucoup de matière et de très peu d'antimatière n'a pas d'explication. Certains scientifiques ont imaginé que si l'on n'avait pas de réponse, c'était peut-être parce qu'il n'y avait pas de question. Peut-être que, malgré les apparences, l'univers contient autant d'antimatière que de matière? Et si certaines galaxies lointaines étaient composées en réalité de milliards d'étoiles... d'antimatière? Il y a dans l'univers, loin, très loin, des sources fantastiques d'énergies appelées quasars. Les quasars émettent sous forme de lumière une énergie gigantesque dont l'origine est toujours inexpliquée, pour ne pas dire incompréhensible. On pourrait imaginer que chaque quasar témoigne de la rencontre d'une galaxie de matière comme la nôtre et d'une galaxie d'antimatière en train de se détruire mutuellement. Cette idée n'a jamais reçu de confirmation par l'observation et est tombée dans l'oubli. Mais elle avait été sérieusement envisagée à une époque.

Plus récemment, plusieurs physiciens ont envisagé une théorie (la Shadow Universe Theory) dans la quelle il y aurait deux univers parallèles, le nôtre et l'univers fantôme ou shadow universe qui pourrait être constitué d'antimatière, ce qui le fait méchamment ressembler à la Zone Négative des Fantastic Four. L'idée de base est qu'un certain nombre de mystères propres à la dynamique des galaxies, que la science officielle ne parvient à exorciser qu'en faisant l'hypothèse de la présence dans l'espace d'une mystérieuse "matière sombre" invisible et inconnue, se résoudraient tout naturellement si on imaginait, au lieu de la matière sombre invisible dans notre univers, une matière non visible parce que située dans un univers parallèle et qui, au lieu de réagir à la pesanteur de la matière de notre univers par une attraction mutuelle manifesterait au contraire une répulsion mutuelle. (On ignore, en fait, si matière et antimatière s'attirent ou se repoussent en raison de leur poids. Dans le second cas, il est tout naturel de penser à l'antimatière comme contenu de l'univers fantôme.) Cette théorie qui ressemble à de la science fiction semble ignorée par la majorité de la communauté scientifique. Plus de détails à son sujet dans ma page sur les univers parallèles.

L'espace et le temps sont-ils à l'envers pour l'antimatière?
Voilà une caractéristique de l'antimatière qui, à ma connaissance, n'a jamais été exploitée par la SF et qui est pourtant plus étrange que celles qui l'ont été. En 1956, une expérience a apporté le résultat peut-être le plus mystérieux et le plus incompréhensible de l'histoire de la science. En observant la radioactivité bêta d'atomes de cobalt, on a mis en évidence que les rayons bêta n'étaient pas émis dans les mêmes proportions à droite et à gauche. Ce résultat ruine définitivement le mécanisme, c'est à dire l'espoir de comprendre réellement un jour, comprendre et pas seulement décrire, les lois de la nature. Même si on parvenait à expliquer tout le reste (si vous avez même de très vagues notions de mécanique quantique vous savez qu'on en est très très loin, mais en imaginant...) on ne pourrait de toute façon jamais expliquer cela. Il n'y aucune raison que les choses se passent différemment à droite et à gauche. C'était d'ailleurs une certitude que les physiciens appelaient Théorème CPT. C pour charge: "Si on inverse les charges, autrement dit si on remplace toutes les particules par leurs antiparticules d'antimatière et vice versa, les lois de la nature doivent être les mêmes." P pour parité: "Si on inverse la parité, autrement dit si on remplace la droite par la gauche et vice versa, les lois de la natures doivent rester les mêmes." Et T pour temps: "Si on inverse le temps, autrement dit si on remplace le passé par le futur et vice versa, les lois de la physique, encore une fois, doivent rester les mêmes." Il a fallu, dans un premier temps, abandonner les deux premiers de ces principes pour les remplacer par un principe unique et plus inattendu: "Si on remplace à la fois la matière par l'antimatière et la droite par la gauche (et vice versa) les lois de la physique restent les mêmes. Ainsi dans l'expérience des atomes de cobalt, c'est parce que des particules d'antimatière, les antineutrinos, sont impliquées dans la radioactivité bêta qu'il n'est pas émis la même quantité de rayons bêta à droite et à gauche. Les antineutrinos tournent sur eux même (comme la Terre en 24h, si vous voulez) de droite à gauche (par rapport au sens dans le quel ils se déplacent) tandis que les neutrinos tournent de gauche à droite. Ainsi, si il existait des mondes d'antimatière, il faudrait nous attendre à ce que leurs habitants aient le coeur à droite. Mais ce n'est pas tout.

On n'a pas tardé à s'apercevoir que la troisième partie du théorème CPT était également fausse. La version définitive du théorème est qu'en fin de compte les lois de la physique restent les mêmes si l'on inverse à la fois les charges, la parité et le temps. C'est à dire que l'antimatière se conduit comme de la matière qui remonterait le temps. C'est une remarque qui avait déjà été faite par le célèbre physicien Feynman. Quand plusieurs particules sont mises en présences, selon leur nature différentes choses peuvent se passer, collisions, désintégrations etc. Dans chaque cas l'ensemble des événements possibles et la probabilité de chacun sont donnés par un graphe de Feynman. Il est toujours possible, dans chaque graphe de Feynman, de remplacer n'importe quelle particule de matière par son antiparticule à condition de supposer que celle ci remonte le temps, depuis le futur vers le passé. Par exemple une particule A se désintègre en une autre particule A', plus un particule +B et son antiparticule -B. Le graphe de Feynman peut aussi être lu de la manière suivante. Une particule A qui se "déplaçait" normalement dans le temps, depuis le passé vers le futur, "comme tout le monde", a croisé sur son chemin une particule -B qui arrivait du futur. Cette rencontre a changé la particule A en particule A' et la particule -B s'est transformée en particule +B et a continué son chemin dans le temps en sens inverse, donc vers l'avenir. Pour moi tout ceci n'a pas grand sens. Si vous voyez quelqu'un qui marche à reculons, vous pouvez toujours dire qu'il marche en avant mais qu'il remonte le temps, il me parait plus sensé de dire qu'il marche à reculons. L'antimatière marche à reculons. C'est très bizarre, mais cela n'a aucun sens de le traduire en terme d'inversion du temps.

COMICS ET S.F. FACE A LA SCIENCE.
L'antimatière. L'antimatière existe-t-elle? La zone négative. Des galaxies d'antimatière? Vers une bombe à antimatière? L'espace et le temps sont-ils à l'envers pour l'antimatière?
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