Des collisions d’oxygène et de néon au Grand collisionneur de hadrons ont produit des signes d’un plasma de quarks et de gluons, selon un rapport des quatre principales collaborations de recherche du CERN. Ces résultats remettent en question l’hypothèse de longue date selon laquelle des collisions de noyaux massifs étaient indispensables pour créer cette matière primordiale.
Le plasma de quarks et de gluons, un état de la matière qui aurait existé durant les premiers millionièmes de seconde après le Big Bang, peut émerger lors de collisions d’ions légers bien plus petites que ce que l’on pensait auparavant.
Les collaborations ALICE, ATLAS, CMS et LHCb ont observé ce phénomène au Grand collisionneur de hadrons (LHC), d’après des données publiées suite aux premières collisions d’oxygène enregistrées un an plus tôt.
Mesurer la perte d’énergie dans les ions légers
Pour identifier ce plasma, les physiciens examinent comment des quarks et des gluons énergétiques perdent de l’énergie en traversant un milieu dont les températures dépassent 100 000 fois celles observées au centre du Soleil.
Selon la collaboration ATLAS, cette perte d’énergie des partons a été clairement détectée en étudiant des paires de jets de particules générées lors de collisions oxygène-oxygène et néon-néon. Ces jets de particules concentrées ont montré des différences d’énergie significatives après leur traversée de la matière environnante.
L’effet s’est révélé particulièrement net lors des collisions frontales directes, où le volume de plasma généré est plus important, augmentant la distance parcourue par les particules et par conséquent leur perte d’énergie.
Analyser les mésons upsilon
D’autres indices proviennent de particules éphémères composées d’un quark lourd et de son antiquark.
La collaboration CMS a ainsi repéré une suppression variable de ces états liés lors de comparaisons entre des collisions d’oxygène et de néon. Cette suppression concerne en particulier les mésons upsilon formés d’un quark bottom et de son antiquark. La collaboration LHCb a également présenté des données préliminaires allant dans le même sens en analysant des collisions proton-oxygène et oxygène-oxygène.
La collaboration ALICE étudie l'univers primitif
De son côté, la collaboration ALICE a identifié des indices supplémentaires en étudiant les directions suivies par les particules émergeant de ces chocs.
Ces observations convergentes permettent d’étudier les conditions de l’univers primitif grâce à des systèmes atomiques nettement plus compacts, alors que le CERN prépare par ailleurs le chantier de modernisation du LHC en vue du High-Luminosity LHC.