Les physiciens observent des vagues de quarks dans la soupe primordiale du Big Bang
- Les physiciens du CERN ont découvert des ondes de quarks dans la plasma quark-gluon
- Cette découverte confirme les propriétés liquides du QGP
- Les recherches peuvent aider à comprendre l'univers primitif.
Découverte de la plasma quark-gluon
Dans les premiers instants de l'existence de l'univers, la température atteignait des trillions de degrés, créant un mélange intense de quarks et de gluons. Ces particules élémentaires se déplaçaient à une vitesse proche de celle de la lumière dans un état de matière connu sous le nom de plasma quark-gluon (QGP). Ce matériau primordial n'a existé que pendant quelques millionièmes de seconde avant de se refroidir rapidement, permettant aux quarks et aux gluons de se combiner en protons, neutrons et autres particules que nous observons aujourd'hui.
Expériences au CERN
Au CERN, au Grand collisionneur de hadrons, les physiciens recréent un plasma quark-gluon pour étudier ses propriétés. En faisant entrer en collision des ions lourds à une vitesse proche de celle de la lumière, les chercheurs peuvent temporairement séparer les quarks et les gluons, produisant de minuscules quantités de matière qui existaient dans les premières microsecondes après le Big Bang. L'équipe du CERN, dirigée par des physiciens du MIT, a découvert des preuves claires que les quarks créent des vagues en se déplaçant à travers ce plasma.
Les vagues de quarks et leur signification
Les observations fournissent la première preuve directe que le plasma quark-gluon réagit aux particules se déplaçant rapidement comme un tout, produisant des vagues et des mouvements tourbillonnaires. "C'était un sujet de discussion de longue date dans notre domaine, de savoir si le plasma devait réagir au quark," déclare Yen-Jie Lee, professeur de physique au MIT. "Maintenant, nous voyons que le plasma est incroyablement dense, et il est capable de ralentir le quark, créant des éclats et des tourbillons, comme un liquide."
Méthodes de recherche
Li et ses collègues ont développé une nouvelle méthode pour détecter ces ondes de quarks. Ils prévoient d'utiliser cette technique sur des données supplémentaires sur les collisions de particules pour rechercher plus d'exemples et les étudier plus en détail. En mesurant à quel point les ondes deviennent grandes, à quelle vitesse elles se déplacent et combien de temps elles persistent, les scientifiques peuvent déterminer des propriétés importantes de la plasma quark-gluon.
Plasma quark-gluon comme liquide idéal
Le plasma quark-gluon est considéré comme le premier liquide de l'univers et le liquide le plus chaud jamais connu, atteignant des températures de plusieurs trillions de degrés Celsius. Les scientifiques décrivent également le QGP comme un liquide presque "idéal", dans lequel des quarks et des gluons individuels se déplacent ensemble comme un liquide exceptionnellement lisse avec presque aucune friction.
Modèles et théories
La compréhension de la plasma quark-gluon est basée sur de nombreuses expériences et recherches théoriques. L'un des modèles influents est le modèle hybride, développé par Krishna Rajagopal et ses collègues, qui prédit que la plasma quark-gluon doit se comporter comme un liquide lorsque des particules énergétiques le traversent.
Recherche de preuves
Les physiciens ont cherché pendant des années des preuves de ces ondes au Grand collisionneur de hadrons et dans d'autres accélérateurs de particules. Dans ces expériences, des ions lourds, comme le plomb, sont accélérés à presque la vitesse de la lumière et entrent en collision, créant de minuscules gouttes de matière primaire qui existent généralement pendant moins d'un quadrillionième de seconde.
Nouvelle technique de détection
Auparavant, la recherche d'ondes de quarks se concentrait souvent sur des paires composées d'un quark et d'un antiquark. Cependant, Li et ses collègues ont compris qu'il était plus facile d'identifier une onde d'un seul quark s'il n'y a pas de second quark créant une perturbation superposée. Ils ont développé une nouvelle technique qui permet de voir les effets d'un seul quark dans le QGP à travers une autre paire de particules.
Rôle des bosons Z
Au lieu de rechercher des paires de quarks et d'antiquarks après les collisions d'ions de plomb, les chercheurs ont cherché des événements où un quark se déplaçait à travers le plasma dans une direction presque opposée à celle du boson Z. Le boson Z est une particule élémentaire neutre qui interagit faiblement avec le plasma environnant, ce qui en fait un point de contrôle utile.
Avenir des recherches
Avec une nouvelle méthode de physique, on espère obtenir plus de données sur le plasma quark-gluon et ses propriétés. "Étudier comment les vagues de quarks rebondissent et interagissent nous donnera de nouvelles idées sur les propriétés du plasma quark-gluon," déclare Li. Cette découverte pourrait faire progresser considérablement notre compréhension de l'univers primitif et de son évolution.
Source : ScienceDaily
