3. L'antiproton
La théorie quantique des champs de Dirac (1927) permet de prévoir que toute particule est nécessairement associée à une antiparticule. Particule et antiparticule ont la même masse et le même spin. Toutes leur charges (électriques, baryoniques...) sont en revanche de valeur numérique égale mais de signes opposés. On prévoit ainsi un antiproton de charge électrique négative, égale à celle de l'électron et de masse et spin égaux à ceux du proton. Sa découverte est venue confirmer de façon définitive la symétrie particule-antiparticule définie par Dirac et corroborée par la découverte, en 1932, du positon (l'antiparticule de l'électron). Produire un antiproton, lors d'une collision proton-proton, impose de créer aussi un proton supplémentaire, afin de conserver la charge baryonique. C'est la réaction : p + p → p + p + p + p̄. La notation p̄ désigne l'antiproton.
La création de cette paire proton-antiproton nécessite une énergie suffisante. Lorsque la cible de protons est au repos, il faut un faisceau de protons incidents ayant au minimum une énergie de 5,6 GeV. Au synchrotron de Berkeley, en 1955, de telles performances sont réunies, et Owen Chamberlain, Emilio Segré, Clyde Wiegand et Thomas Ypsilantis observent pour la première fois des antiprotons. À l'heure actuelle, la valeur mesurée pour la différence relative des valeurs absolues des charges du proton et de l'antiproton est inférieure à 2 × 10—5, et le rapport de la masse de l'antiproton par la masse du proton est égal à 1 à mieux que 2 × 10—8 près. La rencontre proton-antiproton donne instantanément lieu à l'annihilation de la paire, en créant un grand nombre de particules plus légères, qui sont en majorité des mésons.
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