Interaction gravitationnelle matière/anti-matière

[chaverondier]

Bonjour,
Il me semble que l'anti-matière est réputée posséder une masse positive. Des expériences confirmant le fait que matière et anti-matière s'attirent gravitationnellement ont-elles été réalisées ?
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[obi76]

Bonjour,

si je me rappelle bien c'était en projet encore il y a quelques mois. Je ne sais pas (je ne pense pas en tous cas) si ça a été fait depuis...

[Paraboloide_Hyperbolique]

Bonjour,

Il s'agit de l'expérience alpha: http://alpha.web.cern.ch/ (en anglais).

[Zefram Cochrane]

Salut
Le positron a une masse positive. Pourquoi l'a ti proton aurait une masse négative ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Amanuensis]

Une question bête: qu'est-ce qui caractérise "l'anti-matière"?

Si l'électron est "matière", le positron est anti-matière, OK.

Si le proton (uud) est l'un, l'anti-proton est l'autre.

Si le quark u est l'un, l'anti-u est l'autre.

Si le quark d est l'un, l'anti-d est l'autre.

Si le muon (charge -) est l'un, l'anti-muon (charge +) est l'autre.

Etc.

Mais qu'est-ce qui permet de dire que si l'électron est matière, le proton, le quark u, le quark d, sont aussi "matière" ? Et pas certains "anti-matière"?

Pourquoi ne pourrait-on pas avoir le muon de charge + être "anti-matière"?

Autrement dit, si le positron se révélait avoir une "masse négative", ce qui permettrait de caractériser la matière comme ce qui a une masse négative, par quel miracle, à expliquer, le proton, le u, le d, le µ-, etc. seraient aussi de la "matière" ?

[coussin]

Il y a aussi l'expérience GBAR, aussi au CERN, qui regardera comment un atome d'anti hydrogène tombe.

[chaverondier]

Merci bien, pour toutes ces réponses. Bon, peut-être ne faut-il pas en tirer de conclusion trop rapide, mais j'ai quand même vu, dans l'expérience décrite par le lien http://alpha.web.cern.ch/ communiqué par paraboloïde_hyperbolique, que la borne supérieure concernant l'hypothèse d'une masse grave négative pour l'anti-hydrogène était plus petite (en valeur absolue) que la borne supérieure relative à l'hypothèse d'une masse grave positive. Si tel est bien le cas, l'anti-hydrogène n'est pas le CPT-symétrique de l'hydrogène. C'est ce que je cherchais à savoir.

J'ai une deuxième question reliée à la question posée. La symétrie CPT est-elle considérée ?

• comme une covariance (impossibilité de détecter un changement quand l'observateur, et, le système observé subissent tous deux cette symétrie)
• comme une invariance (comme l'invariance de l'écart spatio-temporel entre deux évènements. Il reste le même si l'on fait subir la transformation de Lorentz à l'observateur, seulement où la transformation d'espace-temps correspondante à ces deux évènements seulement)
• comme une propriété de symétrie vis à vis de laquelle cette question est non pertinente pour cause d'impossibilité (découlant du principe de causalité) de réaliser une expérience de physique permettant de tester la réponse ?

[Amanuensis]

J'en ai deux autres: si on admet que la source et cible de la gravitation est le 4-vecteur (E, p), et non la masse, comment l'inversion de la masse peut-elle être liée à une inversion de l'effet gravitationnel? Par inversion de E et p, et l'expérimentation viserait à tester l'inversion de (E,p)?

S'il y a une signification à inverser (E, p), faut-il imaginer des "anti-photons"? Certes inverser leur masse ne change rien, mais si inverser (E,p) aurait un effet pour une particule de masse non nulle, pourquoi n'aurait-elle pas le même effet dans le cas d'une masse nulle, dont ni E ni p ne sont nuls?

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Par ailleurs, j'avais été intrigué par un texte faisant le parallèle entre les symétries C, P et T et et les choix de signe compatibles avec m² = E² -p². I.e., P = inversion du signe de p, T = inversion du signe de E, et C = inversion du signe de m. Par dualité, on en tirerait la conclusion que l'inversion de m est liée à l'inversion du temps propre.

Mais comme la causalité "aligne" le sens des "temps", l'inversion de m n'aurait pas d'effet: le sens des "temps" imposerait un signe commun aux masses. Je ne sais pas trop à laquelle des trois propositions du message précédent cela peut correspondre. La troisième?

[chaverondier]

J'en ai deux autres: si on admet que la source et cible de la gravitation est le 4-vecteur (E, p), et non la masse, comment l'inversion de la masse peut-elle être liée à une inversion de l'effet gravitationnel? Par inversion de E et p, et l'expérimentation viserait à tester l'inversion de (E,p)?

En fait, l'inversion du signe de la masse comme celui du signe de l'énergie correspondent à une symétrie T (i hbar d_rond/d_rond_t = H). L'inversion du signe de l'impulsion est une inversion spatiale. Ce point est détaillé dans Structure of dynamical systems, a symplectic view of physics de J. M. Souriau.

Concernant la symétrie CPT, c'est au moins une covariance (sinon on n'en parlerait pas partout), mais est-elle une invariance ? Votre remarque sur le photon me semble conduire à la conclusion inverse.

S'il y a une signification à inverser (E, p), faut-il imaginer des "anti-photons"?

A ma connaissance, le photon est sa propre anti-particule. Je n'ai pas connaissance de documents qui proposeraient une réponse opposée.

Certes inverser leur masse ne change rien, mais si inverser (E, p) aurait un effet pour une particule de masse non nulle, pourquoi n'aurait-elle pas le même effet dans le cas d'une masse nulle, dont ni E ni p ne sont nuls?

Inverser le signe de l'énergie E d'une particule c'est inverser le sens de déroulement du temps propre de cette particule, mais inverser son impulsion p c'est la retourner spatialement. Du coup, le signe de la vitesse v = dx/dt ne change pas si on applique à la fois la symétrie T et la symétrie P à cette particule.

Au contraire, d²x/dt² s'inverse et la polarisation d'un photon (une grandeur conservée par rotation) ainsi que son hélicité s'inversent aussi (puisqu'hélicité et polarisation sont liées à l'orientation de l'espace). Du coup, cela me semble indiquer que le CPT symétrique du photon (s'il existait) ne serait pas identique au photon... .... et donc que la symétrie CPT serait une covariance (et non une invariance) ?

L'inversion de m est liée à l'inversion du temps propre.

Ce point là n'est pas objet de controverse (cf Structure of dynamical systems de J. M. SOURIAU).

Comme la causalité "aligne" le sens des "temps", l'inversion de m n'aurait pas d'effet: le sens des "temps" imposerait un signe commun aux masses. Je ne sais pas trop à laquelle des trois propositions du message précédent cela peut correspondre. La troisième?

La confirmation expérimentale, par mesures faibles, de probabilités faibles négatives (1) dans le paradoxe des 3 boîtes (2) me semble indiquer que ce n'est pas la bonne réponse cf. Experimental Realization of the Quantum Box Problem, K.J. Resch, J.S. Lundeen, A.M. Steinberg, (Submitted on 14 Oct 2003) http://arxiv.org/abs/quant-ph/0310091v1.

Ces probabilités négatives avaient été prédites par la formulation time-symmetric de la mécanique quantique. Toutefois, du point de vue de leur interprétation time symmetric (cf le two state vector formalism http://arxiv.org/abs/0706.1347 version courte de 6 pages, http://arxiv.org/abs/quant-ph/0105101v2, version longue de 48 pages mais méritant le détour) les effets observés par mesure faible me semblent encore objet de controverses.

(1) Probabilité faible de l'état lA> entre un état final psi_f et un état initial psi_i : PAw = <psi_f l A><A l psi_i>/<psi_f l psi_i>

(2) Cette probabilité faible négative se traduit, par exemple dans la confirmation expérimentale du paradoxe des 3 boîtes obtenue en 2003, par une inversion du signe de l'interaction d'un photon avec la 3ème "boîte". Ces 3 boîtes s’avèrent être, dans l'expérience réalisée, des lames de verre déviant faiblement la trajectoire des photons (déviation faible devant la largeur du faisceau). La mesure de déviation du photon est le pointeur servant à détecter sa "présence positive ou négative" (passage à rebrousse-temps dans la 3ème boîte).

Dans le cas d'une réalisation expérimentale, non encore effectuée, qui impliquerait des particules possédant une masse, la masse détectée dans la 3ème boîte est réputée négative selon l'interprétation time-symmetric de la mesure faible.

[0577]

Bonjour,

Une question bête: qu'est-ce qui caractérise "l'anti-matière"?

Si l'électron est "matière", le positron est anti-matière, OK.

Si le proton (uud) est l'un, l'anti-proton est l'autre.

Si le quark u est l'un, l'anti-u est l'autre.

Si le quark d est l'un, l'anti-d est l'autre.

Si le muon (charge -) est l'un, l'anti-muon (charge +) est l'autre.

Etc.

Mais qu'est-ce qui permet de dire que si l'électron est matière, le proton, le quark u, le quark d, sont aussi "matière" ? Et pas certains "anti-matière"?

Pourquoi ne pourrait-on pas avoir le muon de charge + être "anti-matière"?

Autrement dit, si le positron se révélait avoir une "masse négative", ce qui permettrait de caractériser la matière comme ce qui a une masse négative, par quel miracle, à expliquer, le proton, le u, le d, le µ-, etc. seraient aussi de la "matière" ?

En effet, l'attribution "matière/anti-matière" est arbitraire et n'a pas de sens en théorie quantique des champs. Il me semble qu'on appelle "matière"
ce qui semble être "évidemment" de la matière, i.e. ce qui nous constitue la quasi-totalité de ce qu'on voit à proximité de nous. En ce sens, l'électron, le proton et le neutron sont "matière". Pour le reste, il y a quelques arguments pour expliquer la terminologie. Puisque les protons et neutrons sont constitués de quarks u et d, les quarks u et d sont appelés "matière". Enfin, il y a l'existence des (trois) générations pour les particules élémentaires : puisqu'un muon joue exactement le même rôle pour la deuxième génération que l'électron pour la première, on dit généralement que le muon est "matière" parce que l'électron l'est.

Mais en général, la distinction "matière/antimatière" n'a pas de sens. Par exemple, le pion de charge + et le pion de charge - sont antiparticules l'un de l'autre, qui des deux est "matière" ou "antimatière"? L'argument de génération ne s'applique pas et l'argument de composition ne donne rien car le pion + est constitué d'un quark u et d'un antiquark d, i.e. à la fois de "matière" et "antimatière".

J'ai une deuxième question reliée à la question posée. La symétrie CPT est-elle considérée ?
comme une covariance (impossibilité de détecter un changement quand l'observateur, et, le système observé subissent tous deux cette symétrie)
comme une invariance (comme l'invariance de l'écart spatio-temporel entre deux évènements. Il reste le même si l'on fait subir la transformation de Lorentz à l'observateur, seulement où la transformation d'espace-temps correspondante à ces deux évènements seulement)
comme une propriété de symétrie vis à vis de laquelle cette question est non pertinente pour cause d'impossibilité (découlant du principe de causalité) de réaliser une expérience de physique permettant de tester la réponse ?

Je ne suis pas sûr de comprendre le sens de chacune des trois propositions. Dire qu'une interaction préserve la symétrie CPT signifie qu'il existe des contraintes non-triviales sur les amplitudes des processus se faisant par cette interaction. Par exemple, si on s'intéresse à l'amplitude d'une désintégration

a ->b+c

où a,b et c sont des particules avec certaines énergies E_a, E_b, E_c, impulsions p_a, p_b, p_c et moments angulaires J_a, J_b, J_c, la symétrie CPT prédit que l'amplitude de ce processus est égale à l'amplitude du processus

b' + c' -> a'

où a',b' et c' sont les antiparticules de a,b,c, d'énergies E_a,E_b,E_c, d'impusions p_a, p_b, p_c et de moments angulaires -J_a, -J_b, -J_c. C'est une prédiction non-triviale qui peut bien sûr être testée expérimentalement.
(Dans ma description, l'observateur ne change pas, j'ai juste un observateur qui fait deux expériences différentes et qui compare les résultats).

[invite84ef135b]

Bonsoir,

non seulement l'antimatière est réputée posséder une masse positive, mais en plus cette masse est depuis longtemps connue avec plusieurs chiffres, au moins pour le positron.

Des gens ont répandu sur les forums l'idée saugrenue que l'antimatière pourrait avoir une masse négative. D'après la date, c'était avant ou au début de l'expérience Alpha - qui ne pouvait ignorer les résultats antérieurs... Il semble s'agir d'une opération de buzz qui ne m'enthousiasme pas. Alpha doit améliorer la précision de ces mesures, et c'est un objectif intéressant en soi, sans qu'on doive faire semblant d'aborder une terre inconnue.

Salutations