HYDROGÈNE (physique)

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L’antihydrogène

Une des prédictions les plus étonnantes de la physique quantique est l’existence de l’« antimatière », cette forme de matière très semblable à la matière ordinaire, mais susceptible de s’annihiler lors de ses rencontres avec elle. Mises en évidence par la découverte de l’antiélectron, le positron (ou positon) parmi les rayons cosmiques en 1932, puis de l’antiproton et de l’antineutron en 1955, les antiparticules sont maintenant couramment fabriquées dans les expériences de physique des particules et même utilisées dans des faisceaux de positrons ou d’antiprotons accélérés jusqu’à des énergies considérables.

La découverte d’antiparticules élémentaires ne signe cependant pas l’existence des antiatomes prévus par la physique quantique. Leur découverte est plus tardive et concerne également l’atome d’hydrogène. En septembre 1995, une équipe de physiciens allemands et italiens utilisant un des accélérateurs du CERN de Genève fabriqua quelques antiatomes d’hydrogène à partir des antiparticules du proton et de l'électron. En envoyant des bouffées d'antiprotons de faible énergie à travers un jet de xénon, ils tiraient profit du fait que ce processus y crée parfois une paire formée d’un électron et d’un positron, et que ce dernier peut occasionnellement avoir une vitesse suffisante permettant sa capture par un antiproton de cette même bouffée. Trois semaines de prises de données ont ainsi permis de signer la propagation de neuf antiatomes d'hydrogène sur une dizaine de mètres, et pendant environ quarante milliardièmes de seconde. Le rapport entre la masse et la charge a été mesuré avec une grande précision, et le spectre de l’antihydrogène a été étudié, sans qu’aucune anomalie ne soit observée par rapport à l’hydrogène « normal ». Confirmée en 1996 par une équipe américaine du laboratoire national Fermi, près de Chicago, cette découverte a ouvert l’étude des antiatomes, comme l’antihélium 3, et permis d’effectuer des tests cruciaux des concepts de base de la physique actuelle. Les recherches se poursuivent pour élucider si la gravitation agit de la même façon sur un atome et sur un antiatome.

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Interprétation des raies du spectre de l’hydrogène

Interprétation des raies du spectre de l’hydrogène
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Les modèles successifs de l’atome

Les modèles successifs de l’atome
Crédits : Encyclopædia Universalis France

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Expérience de Rutherford

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Exemple de diagramme de phase de l’hydrogène

Exemple de diagramme de phase de l’hydrogène
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Écrit par :

  • : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

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Pour citer l’article

Bernard PIRE, « HYDROGÈNE (physique) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 16 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/hydrogene-physique/