Création de particules élémentaires |
seconde après le Big Bang, l'Univers contenait des nombres de particules (représentées par des points jaunes) et d'antiparticules (en bleu) proches, mais avec un nombre très légèrement plus grand de particules. Cette animation montre le processus d'annihilation des particules et d'antiparticules. Cependant, il subsiste le léger déséquilibre entre particules et antiparticules.
Comment créer des particules élémentaires ? La manière de créer des particules subatomiques est liée à la relation la plus célèbre de la physique 
, où 
est l'énergie de masse d'une particule, 
sa masse et 
la vitesse de la lumière. Cette relation nous dévoile le fait qu'il existe une équivalence entre matière et énergie. Il est alors possible de transformer l'une en l'autre. Cependant, comme dans une réaction nucléaire, la charge, le nombres baryonique et leptonique doivent être conservés, donc cela interdit certaines réactions. Par exemple, la réaction suivante :
proton 
neutron + électron
ne conserve pas la charge (+1 avant, -1 après), ni le nombre leptonique (0 avant, 1 après).
Lorsqu'une anti-particule rencontre une particule, les deux se transforment en photons, il y a annihilation de la matière. En revanche, lorsque deux photons collisionnent, il peut se former une particule et son anti-particule à condition que les photons aient une énergie totale supérieure à l'énergie de masse des particules créées. Par exemple, pour créer une paire électron-positron, d'énergie deux fois 0,511 Mev, il faut des photons d'une énergie totale de plus de 0,511 Mev, c'est à dire ayant une longueur d'onde d'au moins 
nm, soit des rayons gamma. Le rayonnement visible (400-800 nm) est bien trop faible énergétiquement pour créer des particules élémentaires.
D'un autre côté, des chocs très énergétiques peuvent aussi créer de nouvelles particules. Ce phénomène physique est utilisé dans les collisionneurs de particules au CERN (Conseil européen pour la Recherche nucléaire). Ce processus requiert des conditions extrêmes. Créer une paire électron-positron exige des températures de plusieurs milliards de Kelvin donc des vitesses proches de celle de la lumière. Par comparaison, les températures atteintes au centre des étoiles ne sont que de quelques centaines de millions de Kelvin.
Si la création d'une particule entraîne celle d'une anti-particule et si leur destruction est aussi symétrique, comment expliquer la prédominance des particules sur les anti-particules ? Ce problème reste à ce jour mal compris et sans réelle réponse. Une possible piste serait que certaines réactions nucléaires, plus compliquées que la simple collision de deux photons, aient créé une dissymétrie rendant prédominante la matière sur l'antimatière. Cela se serait passé dans les tous premiers instants de l'univers.
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