Depuis des siècles, les scientifiques savent que la gravité affecte également tous les objets, quelle que soit leur masse ou leur composition. Ce principe, connu sous le nom de principe d’équivalence faible, est la pierre angulaire de la théorie de la relativité générale d’Einstein. Aujourd’hui, une expérience historique confirme que même l’antimatière – l’une des substances les plus exotiques de l’univers – se comporte selon cette règle, tombant vers le bas, tout comme la matière ordinaire.
Le contexte historique : de Galilée à Einstein
Le concept d’accélération gravitationnelle universelle remonte aux expériences de Galilée, où il démontra que des objets de poids différents tombaient à la même vitesse dans le vide. Einstein n’a pas tenté d’expliquer pourquoi la gravité affecte tout de la même manière ; il l’a simplement assumé comme une loi fondamentale lors de la formulation de sa théorie de la relativité générale. Cette hypothèse était valable pour toute la matière observée jusqu’à récemment.
Le puzzle de l’antimatière
L’antimatière, prédite par le physicien Paul Dirac dans les années 1920 suite à la réconciliation de la mécanique quantique et de la relativité restreinte, présente un défi unique pour cette compréhension. Les équations de Dirac suggèrent que pour chaque particule, il existe une contrepartie de charge opposée mais de masse identique. Lorsque la matière et l’antimatière se rencontrent, elles s’annihilent, libérant de l’énergie. Cela rend l’étude du comportement gravitationnel de l’antimatière incroyablement difficile.
L’expérience ALPHA-g au CERN
Les scientifiques de l’expérience ALPHA-g du CERN ont surmonté ces obstacles en créant des atomes d’antihydrogène neutres, en associant des antiprotons à des positrons (antiélectrons). Ces atomes neutres, contrairement à l’antimatière chargée, ne sont pas affectés par les forces électromagnétiques. Pour isoler l’antimatière, les chercheurs ont utilisé un « piège de Penning » – une bouteille magnétique pour les maintenir en place – et ont refroidi les antiatomes jusqu’à un niveau proche du zéro absolu pour minimiser les mouvements.
Les résultats : l’antimatière chute vers le bas
En affaiblissant progressivement le champ magnétique, l’équipe a observé le comportement des atomes d’antihydrogène piégés. Si l’antimatière avait défié le principe d’équivalence faible, elle aurait pu dériver vers le haut en raison d’une répulsion inconnue. Au lieu de cela, environ 80 % des antiatomes sont tombés par le fond du piège, s’anéantissant au contact des parois du conteneur. Cela confirme que l’antimatière est attirée vers le bas par la gravité, tout comme la matière ordinaire.
Ce que cela signifie pour la physique
L’expérience ne prouve pas que la gravité et la mécanique quantique sont d’accord : elles parlent toujours des langages différents. Mais cela renforce la théorie de la relativité générale d’Einstein en montrant qu’elle est valable même pour l’antimatière. Cependant, l’affaire n’est pas entièrement close. Les chercheurs n’ont pas encore déterminé si l’antimatière tombe à la même accélération que la matière. Une légère différence, même de 1 %, nécessiterait de repenser fondamentalement la gravité.
Pour l’instant, l’univers reste cohérent : les marteaux, les plumes et l’antihydrogène tombent tous à la même vitesse. Il ne s’agit pas d’une révolution en physique, mais d’une confirmation rassurante que l’univers se comporte comme prévu.
