Des chercheurs du CERN viennent de réaliser une première mondiale: ils ont réussi à créer et contrôler un bit quantique d'antimatière, appelé qubit. Une prouesse qui ouvre la voie à de nouveaux tests sur les lois les plus fondamentales de la nature.
L'expérience, menée par la collaboration internationale BASE, a consisté à piéger un antiproton, c'est-à-dire le jumeau d'antimatière du proton, et à le faire osciller entre deux états quantiques pendant près d'une minute. Autrement dit, les scientifiques ont réussi à manipuler une seule particule d'antimatière comme si elle était une minuscule balançoire, basculant de manière parfaitement contrôlée entre deux positions.
L'annonce a été publiée dans la revue Nature et marque une étape majeure. Jusqu'ici, de telles transitions quantiques cohérentes avaient été observées dans des ensembles de particules ou dans des ions piégés, mais jamais sur un seul antiproton isolé.
Pourquoi est-ce important ? Parce que matière et antimatière devraient, selon la théorie, se comporter exactement de la même manière. Pourtant, l'Univers qui nous entoure est presque entièrement composé de matière, l'antimatière ayant pratiquement disparu après le Big Bang. Tester avec une précision extrême si proton et antiproton sont réellement identiques pourrait donc révéler l'existence d'une nouvelle physique, au-delà du modèle actuel.
Concrètement, l'équipe a utilisé un système avancé de pièges électromagnétiques. Ces pièges permettent de capturer un antiproton unique et de le maintenir assez longtemps pour l'observer et le manipuler. Grâce à une technique dite de spectroscopie cohérente, les chercheurs ont pu suivre et contrôler l'état de spin – une propriété quantique comparable à l'orientation d'une minuscule boussole interne – pendant presque 50 secondes, une durée record.
Pour donner une image plus parlante, on peut imaginer l'antiproton comme un enfant sur une balançoire. Avec la bonne impulsion au bon moment, la balançoire oscille régulièrement d'avant en arrière. Ici, la "poussée" est donnée par des champs électromagnétiques parfaitement réglés, et la balançoire n'est rien de moins qu'une particule d'antimatière. Plus surprenant encore: tant qu'on ne l'observe pas, ce qubit (ou anti-qubit) peut être "en haut" et "en bas" en même temps, un principe fondamental de la mécanique quantique.
Cette avancée ne débouchera sans doute pas tout de suite sur des applications technologiques, mais elle permettra de comparer avec une précision inédite les propriétés de la matière et de l'antimatière. L'expérience BASE a déjà montré que le moment magnétique du proton et celui de l'antiproton sont identiques à quelques milliardièmes près. Avec ce nouveau résultat, la précision pourrait être multipliée par dix, voire cent.
La prochaine étape ? Un projet appelé BASE-STEP, qui vise à transporter les antiprotons piégés dans des environnements magnétiques plus stables que ceux de l'usine d'antimatière du CERN. Selon les chercheurs, cela pourrait prolonger encore le temps de cohérence du spin, et peut-être révéler de nouvelles différences subtiles entre matière et antimatière.