L'expérience ALPHA du CERN multiplie par huit la production d'antihydrogène grâce au refroidissement des positrons

Les scientifiques de l'Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire (CERN), située en Suisse, ont annoncé le 18 novembre 2025 une avancée significative dans la synthèse de l'antimatière. Cette progression repose sur une méthode novatrice de refroidissement des positrons, qui a permis d'augmenter d'un facteur huit le rythme de production des atomes d'antihydrogène au sein de l'Usine à Antihydrogène de l'installation.

Le porte-parole de l'expérience ALPHA, Jeffrey Hangst, physicien à l'Université d'Aarhus, a souligné l'importance de cette prouesse d'ingénierie, qui fait passer l'étude de l'antimatière d'une ère de rareté extrême à une période d'abondance relative pour les besoins du laboratoire. Cette optimisation spectaculaire du taux de production est directement attribuable à la préparation des positrons, l'antiparticule de l'électron. L'équipe ALPHA a mis en œuvre une technique de refroidissement par sympathie, employant un nuage d'ions de béryllium refroidis par laser et contrôlés avec une précision extrême pour abaisser l'énergie cinétique des positrons, une étape indispensable à la formation de l'antihydrogène.

Cette méthode a permis à la collaboration de synthétiser plus de 15 000 atomes d'antihydrogène en quelques heures, un rendement jugé théoriquement lointain il y a dix ans. La motivation scientifique fondamentale demeure la quête de la solution à l'énigme cosmologique de l'asymétrie entre la matière et l'antimatière observée dans l'Univers, le Big Bang ayant dû générer des quantités égales des deux. L'expérience ALPHA est spécifiquement conçue pour capturer et examiner minutieusement les atomes d'antihydrogène afin d'établir des comparaisons directes et de haute précision avec leurs homologues de matière, l'hydrogène standard.

L'application du refroidissement par sympathie, impliquant l'interaction entre les positrons et le plasma d'ions de béryllium hautement régulé, constitue une solution d'ingénierie à un goulot d'étranglement dans la synthèse de l'antimatière. La méthode antérieure de refroidissement par gaz tampon ne suffisait pas à atteindre les températures requises pour une fusion efficace avec les antiprotons, ces derniers étant initialement accumulés dans un piège de Penning. Cette nouvelle efficacité réduit drastiquement le temps nécessaire pour rassembler des données suffisantes, ouvrant la voie à des analyses spectroscopiques plus approfondies des propriétés de l'antimatière, permettant de tester des symétries fondamentales comme la symétrie CPT.

Des travaux antérieurs de l'expérience ALPHA ont permis de confirmer que l'antihydrogène est attiré par la gravité de la même manière que la matière, conformément à la relativité générale d'Einstein. Le perfectionnement technologique actuel consolide la position du CERN comme épicentre mondial des recherches en physique fondamentale sur l'antimatière. L'augmentation rapide de la capacité de génération signifie que les expériences futures pourront se concentrer davantage sur les mesures de précision du spectre de l'antihydrogène, dans l'espoir de déceler des différences subtiles avec l'hydrogène qui pourraient informer les théories au-delà du Modèle Standard.