Lancement du spectromètre GAPS en Antarctique : À la recherche de l'antimatière et de la matière noire

Le 16 décembre 2025 marque le début d'une campagne scientifique majeure depuis les étendues glacées de l'Antarctique. Une mission ambitieuse a été lancée à l'aide d'un ballon scientifique de longue durée, conçu spécifiquement pour traquer les rares noyaux d'antimatière cosmique. Cet instrument, baptisé GAPS (General Antiparticle Spectrometer), a pris son envol dans le cadre de l'initiative annuelle de la NASA pour le déploiement de ballons à longue portée, opérant depuis une base établie près de la station McMurdo, gérée par la National Science Foundation des États-Unis, sur la barrière de glace de Ross.

L'objectif principal de cette expédition est d'atteindre une altitude opérationnelle de 120 000 pieds, ce qui équivaut à environ 36 kilomètres au-dessus de la surface terrestre. À cette altitude, l'atmosphère extrêmement raréfiée offre des conditions idéales pour la détection de particules. L'instrument GAPS est finement calibré pour identifier les antidéutérons. La détection de ces particules pourrait constituer la première preuve indirecte de la nature corpusculaire de la matière noire, une composante qui représenterait, selon les estimations actuelles, plus de 80 % de la masse totale de l'Univers. Le décollage réussi, survenu à 5h30, heure normale de Nouvelle-Zélande, le 16 décembre, a inauguré une période d'observations s'étalant sur plusieurs semaines, durant laquelle le ballon effectuera une trajectoire circulaire autour du continent austral.

GAPS emploie une méthodologie d'identification des antiparticules particulièrement ingénieuse. Elle repose sur la formation d'un atome exotique, suivie de sa désintégration qui émet des rayons X, et enfin, sur l'enregistrement de la trace pion-proton résultant de l'annihilation. Cette approche se distingue des spectromètres magnétiques traditionnels. Elle confère à l'instrument une sensibilité accrue aux antiparticules de faible énergie, telles que les antiprotons et les antidéutérons, tout en assurant une suppression significative des signaux de bruit de fond. De surcroît, la faible coupure de rigidité géomagnétique près du pôle Sud amplifie la sensibilité de l'appareil aux antidéutérons de basse énergie, précisément la gamme où de nombreuses théories sur la matière noire prévoient leur manifestation.

Le projet GAPS est le fruit d'une collaboration internationale soutenue. L'Université d'Hawaï à Mānoa a joué un rôle de premier plan dans son développement, épaulée par des institutions de renom telles que l'Université Columbia, l'Université de Californie à Los Angeles (UCLA), et la Northeastern University, sans oublier des partenaires clés au Japon, en Italie et en Chine. Le professeur Philip von Doetinchem, chef de projet, a souligné que cette expérience place Hawaï à l'avant-garde de la résolution de l'une des énigmes les plus profondes de la physique contemporaine. Les essais préliminaires de cette technologie incluent une vérification du concept réalisée en 2005 sur l'accélérateur KEK au Japon, ainsi qu'un vol d'essai d'un prototype, baptisé pGAPS, en juin 2012.

Cette mission s'inscrit dans une campagne plus vaste menée par la NASA. Elle est menée parallèlement au lancement de l'instrument PUEO (Payload for Ultrahigh Energy Observations), le premier projet sélectionné dans le cadre du programme « Astrophyics Pioneers » de la NASA, visant à soutenir des recherches novatrices à un coût maîtrisé. Tandis que PUEO se concentre sur la détection des neutrinos, GAPS focalise ses efforts sur l'antimatière, illustrant ainsi une approche multidimensionnelle de l'exploration de l'Univers. La collecte de données, prévue pour durer plusieurs semaines, devrait fournir des contraintes sans précédent pour les modèles de matière noire. Les résultats de GAPS pourraient soit mener à la première détection incontestable d'un antidéutéron cosmique, soit éliminer un large éventail de modèles théoriques qui en prédisent la production.