Après plus de deux décennies de recherches, des scientifiques ont enfin observé un phénomène dans un “soupe” de particules chaude et dense, similaire à celle qui remplissait le cosmos juste après le Big Bang. Cette découverte pourrait aider les cosmologistes à mieux comprendre l’état incroyablement chaud et dense de l’univers dans ses premiers instants.
Le plus puissant accélérateur de particules au monde, le Grand collisionneur de hadrons (LHC), crée régulièrement ce qu’on appelle le plasma de quarks et de gluons en faisant s’entrechoquer les noyaux atomiques d’éléments lourds comme le plomb, générant des jets de particules, à partir desquels émerge cette soupe particulaire chaude et dense. Dans l’univers moderne, les quarks et gluons, appelés “partons”, se trouvent uniquement ensemble sous forme de particules comme les protons et les neutrons. Ainsi, il faut l’énergie générée par ces collisions à des vitesses proches de celle de la lumière pour libérer ces partons et produire le plasma de quarks et de gluons.
Lorsque les particules traversent le plasma de quarks et de gluons, elles perdent de l’énergie et de l’élan, créant des traînées dans cette soupe primordial, à l’image de ce qu’une coque de bateau crée en poussant dans l’océan. Cependant, les chercheurs n’avaient pas réussi à observer ce qu’on appelle “l’éveil de diffusion” pendant deux décennies. Jusqu’à maintenant.
« Observer et quantifier l’éveil de diffusion du plasma de quarks et de gluons ouvre la voie à une nouvelle caractérisation précise des propriétés et de la dynamique de ce plasma, et promet de nouveaux éclairages sur l’évolution de l’univers primitif », a déclaré Raghunath Pradhan, responsable de l’équipe de l’Université de l’Illinois à Chicago.
Une nouvelle approche dans la chasse aux vagues de particules
Auparavant, la recherche des signaux d’onde impliquait de générer des événements avec la production d’un jet accompagné d’une particule appelée boson Z. Bien que cela ait apporté certaines preuves de traînées de particules, les signaux étaient subtils et facilement noyés par d’autres effets liés aux jets, rendant ces détections statistiquement insignifiantes.
Pour explorer les signaux d’onde, l’équipe a adopté une approche différente en utilisant le LHC pour faire entrer en collision deux noyaux de plomb et créer des jets de particules en opposition, appelés événements de dijets. La forme unique de ces événements a facilité la séparation des signaux des traînées du bruit ambiant.
(Crédit image : CERN)
Les mesures de l’équipe ont montré un manque net de particules derrière la direction des jets, particulièrement accentué à des moments relativement faibles. C’est exactement ce que l’on attend d’un éveil de diffusion. Les signaux d’éveil les plus forts ont été détectés lors de collisions plomb-plomb plus centralisées, créant davantage de plasma de quarks et de gluons.
« Cette observation est l’aboutissement d’une quête de plusieurs décennies pour observer le phénomène d’éveil ; il a été prédit par la théorie il y a plus de 20 ans, mais demeurait insaisissable dans les données expérimentales », a déclaré Olga Evdokimov, responsable de l’équipe à l’UIC.
La recherche de l’équipe a été acceptée pour publication le 25 juin dans le journal Physical Review Letters.
Points à retenir
- La recherche d’un éveil de diffusion dans le plasma de quarks et de gluons a été menée pendant plus de 20 ans.
- Le LHC a été utilisé pour générer des collisions de plomb, créant un environnement essentiel pour l’observation.
- Des jets de particules en opposition facilitent la détection des signaux d’éveil.
- Les observations ont confirmé les prédictions théoriques sur le comportement des particules dans le plasma.
- Cette découverte pourrait avoir des implications significatives pour notre compréhension de l’univers primitif.
En tant que passionné de la physique des particules, cette avancée est inspirante. Elle témoigne de la persévérance des scientifiques et de l’importance de l’expérimentation dans la recherche fondamentale. Cela soulève également des questions fascinantes sur la nature même de la matière et les débuts de notre univers. Alors que la quête pour comprendre ces phénomènes continue, je me demande quelles autres révélations nous attendent dans les profondeurs de l’univers. Après tout, chaque découverte ouvre la voie à une nouvelle question et l’émerveillement face à l’inconnu demeure notre meilleur guide dans cette exploration infinie.