Le CERN fabrique de l’antimatière depuis les années 1980, quand le Low Energy Antiproton Ring a commencé à ralentir des antiprotons pour les capturer dans des pièges électromagnétiques. La démonstration que des faisceaux d’antiprotons pouvaient être ralentis et piégés à des énergies dix ordres de grandeur plus basses qu’auparavant remonte à 1986. Depuis, malgré des décennies d’expériences ininterrompues, la quantité totale accumulée reste dérisoire au point de ne rien peser sur la balance d’un physicien pressé.

L’antimatière est le miroir exact de la matière ordinaire : même masse, charge électrique inversée. Lorsqu’une quantité suffisante d’énergie est concentrée dans un espace réduit, comme lors des collisions de particules à haute énergie, des paires particule-antiparticule apparaissent spontanément, en quantités égales de matière et d’antimatière. Le problème surgit dès que ce miroir touche le monde réel.

Toute l’antimatière produite en laboratoire depuis trente ans ne réchaufferait pas une tasse de thé.

Dès qu’une antiparticule croise un atome de matière ordinaire, les deux s’annihilent instantanément en libérant de l’énergie pure, sous forme de photons et de particules secondaires. Ce processus n’a rien d’un gâchis : son efficacité est quasi parfaite, puisque presque toute la masse des particules qui s’annihilent se convertit en énergie, ce qui en fait un mécanisme environ 50 fois plus efficace que la fusion nucléaire. C’est justement cette réactivité extrême qui rend l’antimatière si difficile à conserver : la moindre paroi, le moindre atome d’air suffit à tout détruire.

Voilà pourquoi les physiciens du CERN ne stockent jamais l’antimatière dans un bocal. Elle flotte, suspendue dans un vide poussé, maintenue à distance de toute surface par des champs magnétiques et électriques savamment ajustés, dans des dispositifs appelés pièges de Penning. Un antiproton qui touche une paroi, même en un dixième de seconde, cesse d’exister.

Pourquoi la production reste aussi peu efficace

Fabriquer un antiproton n’est déjà pas simple : il faut accélérer des protons à très haute énergie, les projeter contre une cible, puis trier les antiparticules qui en jaillissent dans toutes les directions et à des vitesses proches de celle de la lumière. Ensuite vient l’étape la plus coûteuse, celle du ralentissement. Au Décélérateur d’antiprotons, les particules doivent traverser une série de feuilles métalliques pour perdre de la vitesse, un procédé qui fait perdre environ 99,9 % des antiprotons extraits avant même qu’ils n’atteignent les expériences. Les installations plus récentes, comme l’anneau ELENA, ont amélioré la donne : ce dispositif refroidit et décélère le faisceau à 100 keV avec un rendement de 80 %, et certaines équipes ont récemment franchi un cap symbolique avec un taux de piégeage record de 56 % par rapport à l’intensité du faisceau ELENA. Le progrès est réel, mais il se mesure en pourcentages arrachés un à un, pas en ordres de grandeur gagnés d’un coup.

Le résultat cumulé donne le vertige par sa modestie. Si l’usine à antimatière du CERN tournait sans interruption pendant une année entière, tous les antiprotons produits représenteraient à peine 500 joules d’énergie, de quoi allumer une ampoule de 100 watts pendant cinq secondes. C’est, dit le CERN lui-même, l’équivalent de l’énergie libérée en tapotant du doigt l’écran d’un smartphone. Un an de travail acharné, des dizaines de chercheurs mobilisés, pour une énergie qui ne ferait même pas vibrer un smartphone plus d’un instant.

À quoi servent ces poignées d’antiparticules

Personne au CERN ne cherche à empiler de l’antimatière pour la stocker. L’objectif est ailleurs : comprendre pourquoi l’univers, né d’un Big Bang censé produire matière et antimatière à parts égales, ne semble aujourd’hui composé que de matière. Les expériences installées autour du Décélérateur d’antiprotons, AEgIS, ASACUSA et ATRAP, visent toutes une meilleure compréhension de l’antimatière, chacune avec sa méthode. L’expérience ALPHA, elle, pose une question presque enfantine dans sa formulation : les antiparticules tombent-elles vers le haut ? Une manière rigoureuse de vérifier si la gravité traite vraiment la matière et son miroir de façon identique.

D’autres collaborations, comme GBAR, qui produit de l’antihydrogène à partir d’un faisceau d’antiprotons et d’un nuage de positronium pour des études gravitationnelles, poursuivent le même genre de traque : détecter la moindre anomalie, le moindre écart entre particule et antiparticule qui expliquerait le déséquilibre cosmique actuel. Jusqu’ici, aucune différence significative n’a été trouvée. Ce qui, en creux, reste l’un des plus grands mystères non résolus de la physique moderne.

Le rêve inaccessible du carburant à antimatière

L’idée revient régulièrement : et si l’antimatière devenait le carburant ultime, celui des vaisseaux spatiaux du futur ? Elle est tellement difficile à produire qu’on ne peut même pas l’utiliser comme arme, encore moins comme source d’énergie exploitable. Si l’on faisait exploser toute l’antimatière produite en laboratoire au cours des trente dernières années, l’effet ressemblerait à l’allumage d’une allumette. Le rendement énergétique de l’annihilation est excellent sur le papier, mais il ne compense jamais le coût faramineux qu’exige la fabrication en amont.

La dernière avancée concrète date de novembre 2025. L’expérience BASE, au CERN, a réalisé la première tentative de transport d’antimatière hors du laboratoire, en piégeant des antiprotons dans un dispositif transportable puis en les chargeant sur un camion pour les acheminer vers une autre installation. L’appareil utilisé pesait près d’une tonne, déplacé à la grue ou au chariot élévateur, pour transporter au final une quantité d’antiprotons qui resterait invisible à l’œil nu. Trois décennies de progrès patients, résumées dans ce contraste : une tonne d’acier et de câbles pour quelques particules qui ne pèsent presque rien.

Sources : arxiv.org | angelsanddemons.web.cern.ch | letemps.ch