n°252-253 I JAnvIEr-févrIEr 2011 L’événement | 7 w Les 4 objectifs : 1. percer Le secret de L’antimatiÈre Où qu’ils regardent dans le ciel, les astrophysiciens n’observent que de la matière. Or, d’après les cosmologistes, matière et antimatière ont été engendrées dans les mêmes proportions lors du big bang. Ainsi, pour de nombreux théoriciens, l’enjeu consiste à déterminer les mécanismes responsables de la disparition de l’antimatière, probablement dans l’Univers primordial. pour d’autres, il est possible que l’Univers soit encore peuplé d’antimondes (antiétoiles, antigalaxies…). La détection d’un seul antinoyau atomique par AMs serait une preuve de leur existence. 2. détecter de La matiÈre noire c’est une certitude : la matière visible ne représente que 15% du contenu en matière de l’Univers. Le reste est non seulement invisible, mais de nature inconnue. cette matière, dite noire, pourrait être composée de particules encore jamais observées, mais dont les physiciens ont postulé l’existence pour des raisons de cohérence de leurs théories. parmi les candidats, on trouve une particule baptisée neutralino, dont la désintégration serait susceptible d’engendrer un excès de positrons (l’antiparticule de l’électron) détectable par AMs. 3. pister Les particuLes étranges dans les conditions standard, la matière nucléaire, notamment les protons et les neutrons, est composée de deux quarks ditsup et down. Mais plusieurs chercheurs imaginent que, dans les conditions très particulières qui règnent au sein de certains astres, telles les étoiles à neutrons, des particules pourraient contenir un troisième quark qualifié d’étrange. si c’est effectivement le cas, AMs sera bien placé pour attraper quelques-uns de ces strangelets. 4. réviser La physique cLassique si AMs fait la joie des spécialistes de physique exotique, les astrophysiciens adeptes d’objets plus courants ne seront pas en reste. En effet, étoiles, galaxies, quasars et supernovae sont autant d’astres susceptibles de produire et d’accélérer quantité de particules chargées et de noyaux atomiques éjectés dans l’espace. Leur détection par AMs sera donc riche d’enseignements sur leurs propriétés et les mécanismes dont ils sont le siège. par MATHIEU grOUssOn c’est un monstre de 7,5 tonnes, haut de 4 mètres et large de 5, dont la valeur totale atteint 2 milliards de dollars. Un détecteur dont les performances annoncées n’ont rien à envier à celles de ses congénères tapis au fond des accélérateurs, tel le LHC à Genève, prêts à débusquer le moindre grain de matière engendré dans une collision entre par ticules. Une différence existe toutefois, et pas des moindres : celui-ci profitera du dernier vol de la navette spatiale américaine pour gagner la Station spatiale internationale (ISS). AMS (Alpha Magnetic Spectrometer), c’est son nom, deviendra le premier détecteur de particules géant en orbite. Objectif : traquer tous les signes possibles de l’existence des composantes les plus mystérieuses de la matière dans l’Univers, parmi lesquelles l’antimatière, la matière étrange ou encore la matière noire. en direct de L’espace D’après les théoriciens, ces signes sont à chercher dans les rayons cosmiques qui bombardent en permanence la Terre. Soit des particules – électrons, protons, noyaux atomiques en tout genre, positrons (l’antiparticule de l’électron) –, dont l’énergie est parfois bien supérieure à celle des particules observées dans les accélérateurs. En pénétrant dans l’atmosphère, ces particules produisent d’importantes gerbes de particules secondaires, à partir desquelles des observatoires tel celui d’Auger, en Argentine – une collaboration internationale à laquelle participent sept laboratoires de l’Institut de physique nucléaire et de physique des particules (IN2P3) du CNRS –, déduisent les caractéristiques des rayons cosmiques qui leur ont donné naissance. Cependant, la détection n’est de ce fait qu’indirecte. Raison pour laquelle la meilleure façon d’établir précisément le bestiaire des rayons cosmiques est encore de mettre en orbite un puissant détecteur de particules. C’est exactement ce qu’est AMS. Plus précisément, un puissant aimant circulaire de 1,15 m de diamètre, chargé de courber la trajectoire des particules qui y pénétreraient, afin de les orienter vers un empilement de détecteurs. AMS devrait permettre de repérer toutes les particules le traversant jusqu’à une énergie de l’ordre du téraélectronvolt (10 12 électronvolts) et de reconnaître un positron noyé parmi un million de protons. Et donc de gagner un facteur de 100 à 1000 en performance par rapport au satellite Pamela, mis en orbite en 2006. une expérience unique « Grâce à AMS, on pourra comparer les caractéristiques de toutes les particules chargées qui bombardent la Terre, s’enthousiasme Jean-Pierre Vialle, du Laboratoire d’Annecy-le-Vieux de physique des particules. De quoi donner une indication franche de l’existence de la matière noire qui, bien qu’échappant à toute détection, compte pour 85% de la totalité de la matière présente dans l’Univers ! De plus, si on ne détecte pas d’antinoyau, on pourra conclure que l’antimatière est absente de tout l’Univers observable. » Si AMS fait la joie des spécialistes des astroparticules, s’apprêtant à devenir la seule expérience de physique à bord de l’ISS, et peut-être la seule d’envergure à bord d’une station parfois décriée pour sa faible rentabilité scientifique, il revient pourtant de loin. C’est en 1994 que le projet est lancé. Il donne naissance, en 1998, à un premier détecteur qui passera douze jours en orbite à bord de la navette spatiale Discovery, afin de démontrer le principe de l’expérience. « Ce fut un réel succès, se souvient l’astrophysicien. Alors qu’il ne s’agissait que d’une mission de tests, celle-ci trois unités du cnrs sont impliquées dans le projet : le Laboratoire d’Annecy-le-vieux de physique des particules (cnrs/Université de savoie), le Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie de grenoble (cnrs/Université Josephfourier/grenoble Inp) et le Laboratoire Univers et particules de Montpellier (cnrs/Université Montpellier-II).