Le plus puissant accélérateur de particules au monde, le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC), offre aux scientifiques un aperçu inestimable du plasma quark-gluon, cette matière primordiale qui remplissait l’univers quelques instants après le Big Bang.
Au cours des premières fractions de seconde de l’existence de l’univers, un brouillard primordial chaud et dense appelé plasma quark-gluon s’est formé. À l’aide de cet accélérateur de particules circulaire de près de 27 kilomètres situé sous les Alpes françaises, les scientifiques du CERN ont réussi à recréer ce plasma en percutant des noyaux d’atomes de fer à des vitesses proches de celle de la lumière. Ce projet est connu sous le nom de ALICE (A Large Ion Collider Experiment).
L’équipe ALICE a découvert de nouvelles informations concernant le plasma quark-gluon (et donc les conditions dans l’univers primitive) en identifiant un motif récurrent lors des collisions entre protons, ainsi qu’entre protons et noyaux de plomb. Ce motif pourrait révéler comment le plasma quark-gluon s’est formé juste après le Big Bang, suggérant qu’il pourrait être forgé par des collisions de particules plus petites que ce que l’on pensait auparavant.
Lorsque les scientifiques ont commencé à faire entrer en collision des protons au LHC, ils pensaient que les collisions seraient trop petites pour générer du plasma quark-gluon. Pourtant, des signes prometteurs de cette matière primordiale ont récemment été observés dans ces petites collisions, ainsi que dans celles impliquant des noyaux de plomb.
Une des caractéristiques du plasma quark-gluon est que les particules ne sont pas émises de manière uniforme, mais plutôt dans une direction préférentielle, un phénomène que les scientifiques appellent l’écoulement anisotrope. À des vitesses intermédiaires, cet écoulement dépend du nombre de quarks qui composent les particules. Les baryons, formés de trois quarks, montrent un écoulement plus prononcé que les mésons, qui sont composés de deux quarks.
Les chercheurs pensent que cela est lié au processus qui regroupe les quarks pour former des particules plus grandes. Les baryons possèdent plus de quarks et gagnent donc un écoulement plus fort.
(Crédit image : Collaboration CERN/ALICE)
Dans de nouvelles recherches, la collaboration ALICE a expliqué comment ils ont mesuré l’écoulement anisotrope pour différents mésons et baryons créés par les collisions entre protons et entre protons et plomb. En isolant les particules qui s’écoulent ensemble, l’équipe a confirmé que, comme dans les collisions lourdes, ces collisions plus légères génèrent des baryons avec un écoulement plus fort et des mésons avec un écoulement plus faible à des vitesses intermédiaires.
« C’est la première fois que nous observons, sur une large plage de moments et pour plusieurs espèces, ce motif d’écoulement dans un sous-ensemble de collisions de protons où un nombre inhabituellement élevé de particules est produit, » a déclaré David Dobrigkeit Chinellato, coordinateur physique de l’expérience ALICE.
L’équipe d’ALICE a comparé les observations d’écoulement avec des modèles de formation du plasma quark-gluon, constatant que le motif d’écoulement correspondait étroitement aux modèles qui tiennent compte de la formation de baryons et de mésons. En revanche, les modèles n’intégrant pas cette coalescence des quarks n’ont pas réussi à reproduire le motif d’écoulement observé.
Les chercheurs ont également constaté que même les meilleurs modèles ne pouvaient pas expliquer complètement l’écoulement observé. Il reste des divergences à résoudre, que l’équipe pense pouvoir clarifier grâce à d’autres collisions de particules de taille intermédiaire entre protons et fer.
« Nous nous attendons à ce qu’avec les collisions d’oxygène enregistrées en 2025, qui font le lien entre les collisions de protons et celles de plomb, nous obtiendrons de nouvelles perspectives sur la nature et l’évolution du plasma quark-gluon à travers différents systèmes de collision, » a déclaré le porte-parole d’ALICE, Kai Schweda.
Ainsi, les scientifiques se rapprochent encore davantage de la compréhension des conditions qui prévalaient à l’aube de l’univers.
Points à retenir
- Le LHC a recréé le plasma quark-gluon, matière primordiale de l’univers.
- Des signes de cette matière ont été observés dans des collisions de protons et de plomb.
- L’écoulement anisotrope révèle des caractéristiques clés des particules formées.
- Les baryons ont un écoulement plus fort que les mésons en raison de leur composition.
- Des recherches futures sur les collisions d’oxygène pourraient améliorer notre compréhension du plasma quark-gluon.
En réfléchissant à ces découvertes fascinantes, je me sens véritablement captivé par la complexité et la beauté de notre univers. Chaque nouvelle observation nous rapproche un peu plus d’une compréhension des forces fondamentales qui façonnent notre réalité. L’univers a tant à nous apprendre, et chaque pas vers l’avant nous pousse à repenser notre place au sein de ce vaste cosmos. Une discussion ouverte sur cette recherche promet de stimuler les esprits et d’encourager une curiosité insatiable pour les mystères encore inexpliqués qui nous entourent.