Satellite Finds Evidence of Antimatter Belt Around Earth

By Wired UK Email Author
August 8, 2011 |
1:30 pm |
Categories: Space

Data from the cosmic ray satellite PAMELA has added substantial weight to the theory that the Earth is encircled by a thin band of antimatter.

The satellite, named Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics, was launched in 2006 to study the nature of cosmic rays — high-energy particles from the Sun and beyond the solar system which barrel into Earth.

When those cosmic rays smash into molecules in the Earth’s upper atmosphere, a shower of smaller particles is created. Physicists have assumed that a small number of those resulting particles will be anti-protons.

Most of those will be instantly annihilated when they collide with particles of ordinary matter. But those which don’t collide should get trapped in the Earth’s torus-shaped Van Allen radiation belt, and form a layer of antimatter in the Earth’s atmosphere.

It was one of PAMELA’s goals to hunt out those tiny numbers of antimatter particles among the ludicrously more abundant normal matter particles, like protons and the nuclei of helium atoms.

To find them, the satellite regularly moved through a particularly dense section of the Van Allen belt called the South Atlantic Anomaly. Over a period of 850 days — from July 2006 to December 2008 — sensors aboard PAMELA detected 28 anti-protons. That might not sound like much, but it’s three times more than would be found from a random sample of the solar wind, and is the most abundant source of anti-protons ever seen near the Earth.

But what does this discovery mean, other than proving that a bunch of theorizing physicists were correct? The discovery opens the doors to harnessing those anti-protons for a variety of medical, sensing and, most importantly, rocket-propelling applications.

In a 2006 NASA-founded study by Draper Laboratory, researchers wrote, “it has been suggested that tens of nanograms to micrograms of anti-protons can be used to catalyze nuclear reactions and propel spacecraft to velocities up to 100 km/sec.”

Image: Illustration of Earth’s Van Allen radiation belts. (NASA)

Source: Wired.co.uk

Citation: “The Discovery of Geomagnetically Trapped Cosmic-Ray Antiprotons.” O. Adriani et al. The Astrophysical Journal Letters, July 27, 2011. DOI: 10.1088/2041-8205/737/2/L29

Si c'est le cas, les machins qui transitent par la ceinture devrait le sentir passé non ?

Une ceinture d'antiprotons autour de la Terre ?
Par Laurent Sacco, Futura-Sciences


Les calculs décrivant le flux de rayons cosmiques entrant en collision avec les noyaux de la haute atmosphère prédisent que des antiprotons doivent s’accumuler dans certaines parties de la ceinture de Van Allen. Les observations du satellite russe équipé de l’expérience Pamela le confirment.

La découverte de la ceinture de Van Allen s’est faite en 1958 grâce aux instruments du satellite Explorer 1. Cette ceinture de radiation est célèbre et l’on doit en tenir compte lorsque l’on construit des satellites, notamment parce qu’elle contient des électrons tueurs. Une région particulière de la magnétosphère associée à la ceinture de Van Allen fait l’objet de l’attention des géophysiciens depuis longtemps. Il s’agit de l'anomalie magnétique de l'Atlantique sud, Amas, SAA en anglais (South Atlantic Anomaly) qui est la partie interne de la ceinture de Van Allen la plus proche de la surface de la Terre.

Les lobes de la ceinture de Van Allen sont disposés symétriquement par rapport à l'axe du magnétisme terrestre, qui est décalé d'environ 11° par rapport à l'axe de rotation de la Terre. Comme cet axe magnétique est décalé d'environ 450 km par rapport à l'axe de rotation, la ceinture de Van Allen est plus proche de la Terre au niveau de la partie sud de l'Atlantique, et plus éloignée dans la partie nord du Pacifique.

Il en résulte que pour une altitude donnée, le niveau de radiations en provenance de l'espace est plus élevé dans cette région qu'en d'autres points du globe, ce qui perturbe fortement les instruments des satellites passant régulièrement dans l'Amas. Ainsi, le télescope spatial Hubble cesse ses observations lorsqu'il y pénètre et il faut tenir compte d’un signal parasite dans les capteurs CCD de Corot lorsqu’il fait de même.

Il y a plus grave lorsqu’il s’agit de vols habités, le niveau de radiations est dangereux. Ceci explique pourquoi la Station spatiale internationale a été équipée d'un blindage particulier pour supporter ces radiations.

Les instruments du Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics (Pamela) sont en orbite à bord d'un satellite russe, de type Resurs-DK1. C'est une version modifiée du satellite de reconnaissance militaire Yantar-4KS1. DK est l'acronyme de Dmitry Kozlov, concepteur en chef du premier satellite de la classe Yantar-2K et Resurs signifie « ressources » en russe.


Tout comme RadioAstron, Pamela permet une collaboration internationale entre chercheurs et ses buts sont multiples. Le principal est sans doute de tenter de découvrir la nature exacte de la matière noire mais l'espoir est aussi celui d'une meilleure compréhension de la ceinture de Van Allen.

Un groupe de chercheurs russes et italiens vient d'annoncer dans un article sur Arxiv (voir le lien ci-dessous) que les observations de Pamela au niveau de l'Amas accréditent bel et bien l'idée qu'une véritable ceinture d'antimatière existe autour de la Terre.

Cette ceinture est composée d’antiprotons dont on vient de montrer récemment qu’ils avaient une masse identique à celle des protons, à la précision des mesures actuelles, en accord avec la relativité restreinte jointe aux lois de la mécanique quantique.

Sur une période de 850 jours, entre juillet 2006 et décembre 2008, les capteurs embarqués par Pamela ont détecté 28 antiprotons, ce qui est environ trois fois plus que ce qui serait trouvé à partir d'un échantillon aléatoire du vent solaire. On est donc en présence de la source la plus abondante d'antiprotons jamais vue près de la Terre. Elle s'explique par la création de paires de proton-antiproton lors des chocs des particules cosmiques avec les noyaux des couches supérieures de l'atmosphère.

Le principal est sans doute de tenter de découvrir la nature exacte de la matière noire mais l'espoir est aussi celui d'une meilleure compréhension de la ceinture de Van Allen.

Antimatière : des atomes d'antihydrogène piégés pendant 16 minutes au Cern
Des atomes d'antimatière, de l'antihydrogène, ont été piégés pendant plus de 16 minutes, lors d'une expérience réalisée au Centre européen de recherches nucléaires (Cern) à Genève, qui devrait faciliter l'étude de l'antimatière, selon une étude publiée dimanche.

"Nous pouvons piéger des atomes d'antihydrogène pendant 1.000 secondes", un temps "assez long pour commencer à les étudier", explique Jeffrey Hangst (Université d'Aarhus, Danemark) au nom des participants à l'expérience ALPHA du Cern.

Matière "miroir" de celle que nous connaissons, l'antimatière reste difficile à observer car tout atome d'antimatière s'annihile au contact de la matière, en produisant une énorme quantité d'énergie.

Un atome d'hydrogène est formé d'un proton ayant une charge électrique positive et d'un électron négatif. Un atome d'antihydrogène est constitué d'un proton négatif (antiproton) et d'un électron positif (positron).

Matière et antimatière auraient été créées en quantité égale dans les instants suivant le Big Bang, mais il ne reste guère que la matière.

Où est passée l'antimatière? Cette question taraude les physiciens qui souhaitent analyser les propriétés de l'antimatière créée dans les accélérateurs de particules.

De premiers atomes d'antihydrogène avaient été produits au Cern dès 1995. Mais ils s'étaient annihilés quasi-instantanément au contact de la matière.

L'équipe ALPHA du Cern avait fait récemment une avancée, en mettant au point un nouveau type de piège magnétique : 38 atomes d'antihydrogène y étaient restés pendant 0,17 seconde.

La durée de confinement a pu être portée à 1.000 secondes, selon l'étude publiée dimanche en ligne par la revue scientifique Nature Physics.

Et 309 atomes d'antihydrogène ont pu être piégés assez longtemps pour qu'on puisse "commencer à étudier leurs propriétés en détail", précise le Cern dans un communiqué.

L'antimatière est-elle soumise à une antigravité ? C'est une des questions que se posent les physiciens.

Découvrir une telle "gravité répulsive" pourrait apporter une réponse à une autre énigme, celle de l'énergie inconnue qui favoriserait l'accélération de l'expansion de l'univers. La gravité tend au contraire à pousser les galaxies à se rapprocher l'une de l'autre.

Lorsqu'elle subit certaines transformations, cette matière "miroir" respecte-t-elle les mêmes "symétries" des lois physiques que la matière normale?

Selon la symétrie CPT (charge électrique, parité, temps), "une particule qui progresse dans le temps dans notre univers devrait être impossible à distinguer d'une antiparticule reculant dans le temps dans un univers miroir", résume le Cern.

"Tout indice de brisure de la symétrie CPT obligerait à repenser sérieusement notre compréhension de la nature", souligne M. Hangst, dont l'équipe s'apprête à sonder des anti-atomes pour comparer leurs propriétés avec celles de la matière.

J'ai l'impression qu'ils mélange pas mal de chose..

« Tout comme RadioAstron, Pamela permet une collaboration internationale entre chercheurs et ses buts sont multiples. Le principal est sans doute de tenter de découvrir la nature exacte de la matière noire mais l'espoir est aussi celui d'une meilleure compréhension de la ceinture de Van Allen. »

Après simplement le fait d'employer le mot "anti-" devant proton,neutron,élécron ou tout simplement matière suffit à faire s'imaginer tout et n'importe quoi tellement nous sommes inculte sur le sujet.

L'un des grands mystères de la physique actuelle est d'expliquer l'asymétrie entre matière et antimatière : le modèle du Big Bang suggère que la matière et l'antimatière auraient dû être créées en quantité égale, pourtant, notre Univers ne semble constitué que de matière. Cela veut-il dire que l'antimatière se cache quelque part, a été détruite par un processus que nous ne comprenons pas ou qu'elle a dès le départ été créée en moins grande quantité que la matière ?

C'est pour cette raison qu'on trouve très peu d'antimatière naturellement (dès qu'elle entre en contact avec de la matière, elle réagit et disparaît).