GBAR
Gravitational Behaviour of Antihydrogen at Rest

Piège "Buffer gas" construit à Saclay pour le piégeage des positrons.

Objectif:

 L’une des questions fondamentales de la physique actuelle concerne l’action de la gravité sur l’antimatière. D’un point de vue expérimental, aucune mesure directe n’a été réalisée sur des particules d’antimatière. Le CERN a donc lancé un programme auprès du Décélérateur d’Antiprotons (AD) qui permet d’envisager enfin une mesure de la gravité sur des atomes d’antihydrogène.

L'objectif premier de l’expérience GBAR est de déterminer comment l'antimatière se comporte sous l’effet de la gravitation. L’expérience cherchera d’abord à vérifier le signe de la gravité pour l’antimatière, une théorie lui laissant la possibilité d’être négative ce qui se traduirait par une élévation et non une chute d’un atome d’antimatière soumis à la seule force de la gravité terrestre. D’autres théories prédisant des déviations moins spectaculaires par rapport à la gravitation de la matière pourraient aussi être testées.

L’expérience GBAR initiée par le groupe de l’IRFU a été acceptée au Cern en mai 2012. Elle fait suite au programme de R&D de l'IRFU qui a consisté à démontrer la faisabilité d’un faisceau intense de positons « lents ». Ce faisceau permet la création d’une cible d'atomes de positronium (état lié électron-positon) permettant la production d'ions H+ lorsque l’on y fait interagir des antiprotons.

Pour cela plusieurs défis sont à relever, dont les suivants qui font l'objet de l'activité a l'IRFU:

  • Créer une source de positons lents de haute intensité (108/s) ; les sources radioactives utilisées pour fabriquer de l’antihydrogène sont limitées à 106/s environ ;
  • Créer des atomes de positronium en densité suffisante (1012 cm-2), en utilisant un substrat de silice mésoporeux ;
  • Exploiter le positronium, en un temps extrêmement court (142 ns), comme cible pour des antiprotons

Il sera ensuite possible de créer de l'anti-hydrogène neutre H et sous forme d'ions positifs H+. Il est à noter que si on utilise des protons incidents au lieu d'antiprotons, on obtient de l'hydrogène et des ions H-.

Expériences Concurrentes


ALPHA-g        (Antihydrogen Laser PHysics Apparatus)
AEGIS        (Antimatter Experiment: Gravity, Interferometry, Spectroscopy)
 

 Localisation

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-L’expérience GBAR a commencé son installation au Cern en décembre 2016 ; elle doit être reliée à au nouvel anneau de décélération ELENA installé dans le hall du décélérateur d’antiprotons (AD) du Cern.

-Les projets SOPHI et SELMA sont situés sur le centre CEA de Saclay (ancien Hall Saturne). Le projet ANR SOPHI est le prototype de la source de positons que GBAR installe au Cern, et SELMA le petit accélérateur linéaire d’électrons qui l’alimente. Un autre projet ANR, ANTION, teste l’interaction entre des protons et le positronium. Il mesurera la production d’atomes d’hydrogène à Saclay, puis au Cern la production d’ions H- puis celle d’antihydrogène et des ions H+

 

Contribution de l'IRFU

L'IRFU a initié ce projet.

Il a étudié et réalisé un faisceau de positons intense.

Il étudie la conversion des positons en positronium et l'interaction de protons/antiprotons avec ce positronium.

  Ampleur du projet

La collaboration GBAR rassemble 19 instituts de 9 pays.

GBAR /SOPHI est un des premiers projets ANR du département: cette expérience est financée par l'IRFU, l'ANR (pour SOPHI, POSITRAP et ANTION) et le département de l'Essonne (pour SELMA).

Le projet GBAR, de taille modeste à l’échelle des grandes expériences du CERN, est un projet hautement pluridisciplinaire, faisant appel à la physique des particules, physique atomique, physique des accélérateurs, lasers, etc. L'enjeu, ambitieux et complexe, est fondamental pour la physique, car toute déviation de la gravité de l’antimatière par rapport à celle de la matière conduirait à reconsidérer les modèles classiques au niveau le plus fondamental.

 

Contacts:

 

Patrice PEREZ

Yves SACQUIN

Laszlo LISZKAY

 

Maj : 09/06/2017 (784)

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