L’expérience GBAR, initiée à l’IRFU, vise à mesurer l’accélération gravitationnelle d’un atome d’antihydrogène en chute libre, afin de tester le comportement de l’antimatière dans le champ gravitationnel terrestre. Le principal défi réside dans le refroidissement extrême de ces atomes, produits initialement avec des énergies cinétiques de l’ordre du keV mais devant être ralentis jusqu’à quelques dizaines de neV. Pour y parvenir, GBAR crée un état intermédiaire : l’ion antihydrogène positif H̅⁺, composé d’un antiproton et de deux positons. Cet ion, chargé, peut être refroidi à des vitesses de l’ordre de 1 m/s, ce qui est irréalisable avec des atomes neutres. Une fois suffisamment froid, il est photo-détaché pour produire un atome d’antihydrogène ultra-froid.
La production de H̅⁺ se fait à partir d’une cible de positronium (oPs), un état lié électron–positon à durée de vie brève (142 ns). Les ions sont créés par deux réactions successives impliquant l’antiproton et le positronium. Les antiprotons proviennent du décélérateur AD du CERN, auquel s’ajoute l’anneau ELENA (opérationnel depuis 2018), qui fournit des paquets de 100 keV toutes les 110 secondes. Ils sont ensuite décélérés à quelques keV à l’aide de l’instrumentation de GBAR avant d’interagir avec la cible de positronium.
Le positronium est généré en envoyant un intense pulse de positons sur un matériau nanoporeux. Ces positons sont produits par un faisceau d’électrons de 9 MeV frappant une cible de tungstène, puis modérés à quelques eV et transportés à 50 eV. Leur accumulation repose sur deux pièges successifs : un piège buffer-gas conçu à Saclay, puis un piège à haut champ permettant de stocker jusqu’à 10¹⁰ e⁺.
GBAR a déjà obtenu plusieurs résultats marquants : piégeage record d’antimatière, production d’anti-hydrogène et premières mesures de sections efficaces.
Contact : Laszlo Liszkay