L'antiproton est le jumeau miroir du proton : même masse, mais charge négative. Lorsqu'il s'approche du noyau d'un atome, les particules peuvent s'annihiler, se transformant en rayonnement. Dans l'expérience PUMA au CERN, on étudie comment les antiprotons sont capturés par les noyaux et forment des atomes exotiques, semblables à l'hydrogène, mais avec un antiproton à la place de l'électron.
Dans ce nouveau travail, les physiciens ont calculé comment l'antiproton interagit avec les noyaux de tritium (un proton et deux neutrons) et d'hélium-3 (deux protons et un neutron). Ils ont résolu des équations complexes à quatre corps pour trouver les déplacements des niveaux d'énergie et les largeurs de ces états. Il s'avère que le résultat dépend fortement du modèle d'interaction entre les nucléons et les antinucléons — c'est-à-dire de la manière dont les protons et les neutrons sont attirés par l'antiproton.
Ensuite, les scientifiques ont calculé la densité d'annihilation — c'est-à-dire où, dans le noyau, l'antiproton entre le plus souvent en collision avec un nucléon. La comparaison avec la distribution de la matière nucléaire a montré que l'annihilation se produit principalement à la périphérie du noyau, et non dans le centre dense. C'est comme une personne qui traverse une foule : elle heurte plus souvent les gens sur les bords, là où c'est plus dégagé, plutôt qu'au milieu de la cohue.
Cette conclusion aide à mieux comprendre comment l'antimatière interagit avec la matière ordinaire, et pourrait être utile pour de futures expériences avec de l'antihydrogène.
Dans un atome, l'antiproton remplace l'électron, mais en raison de sa grande masse, il se trouve beaucoup plus près du noyau et s'annihile plus rapidement.