Imaginez une expérience qui ne vous laisse qu’un seul essai, sans possibilité d’erreur, avec un instrument sur le point d’être définitivement éteint. C’est exactement le défi qu’a relevé un physicien allemand au CERN en 1995. En projetant des antiprotons à travers un simple jet de xénon, il n’a pas seulement validé une théorie vieille de plusieurs décennies : il a littéralement fait naître des atomes qui n’existent nulle part ailleurs dans notre univers connu, avant qu’ils ne disparaissent en un temps si court qu’il défie toute intuition humaine.

Walter Oelert et son équipe ne se contentaient pas d’observer un phénomène naturel : ils venaient de fabriquer, de leurs mains scientifiques, neuf atomes d’antihydrogène, un exploit qui allait bouleverser la physique des particules et ouvrir une brèche vers les mystères les plus profonds de l’univers. Trente ans après les faits, alors que l’automne s’installe de nouveau sur Genève comme il le faisait cette année-là, il est temps de revenir sur cette prouesse restée gravée dans l’histoire de la science.

Quand un jet de xénon devient le berceau de l’antimatière

Tout commence au Forschungszentrum Jülich, un centre de recherche allemand où travaille alors Walter Oelert. C’est depuis là qu’il dirige l’équipe chargée de l’expérience baptisée PS210, menée directement dans les installations du CERN. Le dispositif utilisé repose sur le Low Energy Antiproton Ring, plus connu sous son acronyme LEAR, un accélérateur dont l’arrêt définitif était déjà programmé. Autant dire que l’équipe n’avait pas droit à l’erreur : chaque réglage, chaque test devait fonctionner du premier coup, sans possibilité de recommencer une fois la machine éteinte pour de bon.

Le montage expérimental est installé au printemps 1995, dans une course contre la montre logistique autant que scientifique. L’expérience à proprement parler se déroule à l’automne, répartie en séquences de deux heures, étalées sur plusieurs semaines. L’idée derrière ce protocole est à la fois simple et vertigineuse : faire passer des antiprotons, ces particules d’antimatière encore largement théoriques dans leur comportement observable, à travers un jet de xénon. Lors de ces collisions, dans de très rares occasions, un antiproton peut capturer un positron et former ainsi un véritable atome d’antimatière, l’antihydrogène.

Neuf atomes, 40 milliardièmes de seconde : l’exploit qui a fait trembler la physique

En septembre 1995, après plusieurs semaines de collisions patientes entre antiprotons et atomes de xénon, le résultat tombe : neuf atomes d’antihydrogène ont été produits. Un chiffre qui peut sembler dérisoire, presque anecdotique, mais qui représente en réalité une première mondiale absolue. Jamais auparavant des particules d’antimatière n’avaient été réunies pour former un atome complet, structuré comme n’importe quel atome de matière ordinaire, mais composé exclusivement de son contraire.

La durée de vie de ces atomes donne le vertige : chacun d’entre eux n’a existé qu’environ 40 milliardièmes de seconde. Pendant cet instant infinitésimal, l’atome parcourait tout de même une dizaine de mètres, filant à une vitesse proche de celle de la lumière, avant de s’annihiler brutalement au contact de la matière ordinaire environnante. Cette annihilation, loin d’être un échec, constituait justement la preuve indirecte de leur existence : en disparaissant, ces atomes libéraient une signature énergétique caractéristique, la seule trace tangible qu’ils aient jamais foulé notre univers.

Pourquoi Physics Letters B a validé une découverte presque invisible

Produire neuf atomes est une chose ; prouver qu’ils ont réellement existé en est une autre. Il aura fallu plusieurs semaines supplémentaires d’analyse minutieuse des données avant que l’équipe de Walter Oelert ne puisse annoncer officiellement sa découverte, le 4 janvier 1996. Cette validation rigoureuse s’est concrétisée par une publication dans la revue scientifique Physics Letters B, référence incontournable en physique des particules, où les résultats ont pu être scrutés, vérifiés et confirmés par la communauté scientifique internationale.

Ce délai entre la production des atomes et leur annonce officielle illustre bien la difficulté de travailler sur des phénomènes aussi fugaces. Détecter neuf événements noyés dans un océan de données de collisions relevait presque de la recherche d’une aiguille dans une botte de foin, sauf que l’aiguille en question disparaissait en un battement de cil cosmique. Cette première mondiale intervenait, fait troublant, exactement trente ans après la découverte de l’antiproton lui-même, comme un écho symbolique entre deux étapes majeures de l’histoire de l’antimatière.

De l’antihydrogène de 1995 aux ambitions actuelles du CERN

L’expérience PS210 n’était que le premier chapitre d’une longue saga. Sept ans plus tard, c’est le Décélérateur d’antiprotons du CERN qui prenait le relais avec les expériences ATHENA et ATRAP, capables cette fois de produire des atomes d’antihydrogène en grand nombre, et non plus au compte-gouttes. Cette montée en puissance a permis aux physiciens de passer d’une simple démonstration de faisabilité à un véritable programme de mesure détaillée, cherchant notamment à comparer les propriétés de l’antihydrogène à celles de l’hydrogène ordinaire.

Walter Oelert, né le 14 juillet 1942, ne s’est pas arrêté à ce premier succès. Il a ensuite pris part à d’autres expériences pionnières sur l’antimatière au début des années 2000 et a même contribué à l’initiation du nouveau décélérateur d’antimatière ELENA, un outil aujourd’hui utilisé pour affiner encore la production et l’étude de ces particules insaisissables. Le physicien allemand s’est éteint le 25 novembre 2024, à l’âge de 82 ans, laissant derrière lui un héritage scientifique qui continue d’irriguer les recherches actuelles.

Ce que l’expérience d’Oelert a changé pour toujours dans notre compréhension de l’antimatière

Au-delà de la prouesse technique, l’expérience menée en 1995 a marqué un tournant conceptuel. Elle a démontré qu’il était possible, avec suffisamment de précision et de patience, de fabriquer artificiellement ce que la nature ne produit presque jamais spontanément à notre échelle observable. L’antimatière, longtemps cantonnée aux équations et aux prédictions théoriques, devenait soudain manipulable, même pour une fraction de seconde inimaginable.

Cette percée a également posé les bases méthodologiques de toutes les expériences ultérieures sur l’antihydrogène, notamment celles qui cherchent aujourd’hui à comprendre pourquoi notre univers est dominé par la matière alors que le Big Bang aurait dû produire des quantités égales de matière et d’antimatière. Une question qui reste, encore aujourd’hui, l’une des plus grandes énigmes de la physique moderne.

De ce jet de xénon traversé par des antiprotons en 1995 à l’immense complexe du Décélérateur d’antiprotons actuel, le chemin parcouru par la recherche sur l’antimatière témoigne d’une constance remarquable dans la curiosité scientifique. Neuf atomes, quarante milliardièmes de seconde : voilà tout ce qu’il aura fallu pour ouvrir une brèche durable vers l’un des mystères les plus fondamentaux de notre univers. Et si la véritable question n’était plus de savoir comment créer de l’antimatière, mais pourquoi elle a presque entièrement disparu de notre monde ?