Anneau d'antiprotons de basse énergie : vue de la zone expérimentale

Schéma d'un "piège" à antiproton

Schéma du dispositif expérimental de production d'antihydrogène

L'ère des accélérateurs

La frontière des basses énergies

Avec la découverte de la technique de refroidissement, l'antimatière disponible devint un outil très important en physique des particules. Des machines spécifiques furent construites pour traiter les différentes étapes de la production, de l'accumulation et de l'accélération de l'antimatière. Dès les premiers jours cependant, elles furent surtout utilisées pour satisfaire les besoins spécifiques des expériences de hautes énergies : le but de la plupart des laboratoires était de produire des faisceaux d'énergie toujours plus élevée.

Pourtant, on peut faire des tas de choses intéressantes avec des antiprotons de basse énergie et les basses énergies (basses vitesses) sont les seuls moyens qui permettent de tester directement la symétrie supposée entre la matière et l'antimatière. Des antiprotons lents peuvent être capturés dans de véritables "pièges" et leurs propriétés (masse, comportement dans un champ magnétique, etc.) comparées à celles des protons. On peut fabriquer des pièces complètes d'antimatière, des antiatomes faits de positons et d'antiprotons.

Le CERN fut le seul laboratoire qui choisit d'investir spécifiquement dans cette ligne de recherche. En 1980, il décida de construire une nouvelle machine capable de "décélérer" les antiprotons produits et stockés dans les anneaux existants. En 1982, l'Anneau d'antiprotons de basse énergie (LEAR) apparu : il pouvait décélérer les antiprotons en provenance du PS à différentes énergies intermédiaires, jusqu'à quelques MeV.

Un certain nombre de réussites scientifiques importantes furent possibles grâce à LEAR, l'une d'elles étant l'assemblage des premières pièces d'antimatière. En 1995, une équipe de physiciens allemands et italiens (expérience PS210) parvinrent à créer neuf atomes d'"antihydrogène" : alors que dans l'hydrogène normal un électron est en orbite autour d'un proton, dans de tels antiatomes un positon est mis sur orbite autour d'un antiproton. Le résultat fut confirmé fin 1996 par une équipe du Fermilab. L'expérience E862, utilisant des antiprotons directement extraits de l'Accumulateur d'antiprotons du Tevatron, détecta quelques atomes d'antihydrogène.

La découverte était passionnante : l'atome d'hydrogène avait été l'un des systèmes physiques décisifs pour diverses mesures fondamentales en rapport avec le comportement de la matière ordinaire. La production d'antihydrogène ouvrait la porte à une exploration systématique des propriétés de l'antimatière et au test des principes physiques fondamentaux.

LEAR fut officiellement fermé fin 1996, mais le CERN avait déjà prévu une voie alternative et puissante pour poursuivre ce sujet de recherche : le Décélérateur d'antiprotons (AD).