Ouverture d’une nouvelle fenêtre sur l’univers primitif grâce au plus grand accélérateur de particules
Après plus de vingt ans de recherches, des scientifiques ont enfin observé un phénomène dans une « soupe » de particules chaude et dense, similaire à celle qui a rempli 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 Large Hadron Collider (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 cette soupe de particules chaude émerge. Dans l’univers moderne, les quarks et les gluons, désignés sous le nom de « partons », ne se trouvent ensemble que dans des particules telles que les protons et les neutrons. Par conséquent, il faut l’énergie produite par des collisions d’atomes à des vitesses proches de celle de la lumière pour libérer ces partons et générer le plasma de quarks et de gluons.
Lorsque les particules se déplacent à travers le plasma, elles perdent de l’énergie et de l’élan, créant des traînées dans cette soupe primordiale, semblables à celles produites par la coque d’un bateau se déplaçant dans l’océan. Cependant, les chercheurs n’avaient pas réussi à observer ce qu’on appelle le « sillage de diffusion » pendant deux décennies, jusqu’à ce jour.
« Observer et quantifier le sillage de diffusion du plasma de quarks et de gluons ouvre la voie à une caractérisation précise des propriétés et des dynamiques de ce plasma, et promet de nouvelles perspectives sur l’évolution de l’univers primitif », a déclaré Raghunath Pradhan, chef d’équipe à l’Université de l’Illinois à Chicago (UIC).
Auparavant, la recherche de signaux de vagues impliquait la production d’un jet accompagné d’une particule appelée boson Z. Bien que cela ait fourni des preuves de la présence de sillages de particules, ces signaux étaient subtils et facilement noyés par d’autres effets liés aux jets. Pour rechercher ces signaux, l’équipe a adopté une approche différente en utilisant le LHC pour faire s’entrechoquer deux noyaux de plomb, créant des jets de particules orientés de manière opposée, appelés événements dijets. Cette configuration unique a permis de mieux isoler les signaux des sillages des bruits environnants.
Les mes de l’équipe ont montré un manque clair de particules derrière la direction des jets, particulièrement marqué à des moments relativement faibles, ce qui correspond exactement aux attentes pour un sillage de diffusion. Les signaux de sillage les plus forts ont été détectés dans des collisions de plomb plus centralisées, qui créent davantage de plasma de quarks et de gluons.
Cette observation est considérée comme l’aboutissement d’une quête de plusieurs décennies pour observer ce phénomène de sillage, qui avait été prédit théoriquement il y a plus de 20 ans, mais qui était resté insaisissable dans les données expérimentales, a ajouté Olga Evdokimov, également de l’UIC.
La recherche de l’équipe a été acceptée pour publication le 25 juin dans la revue Physical Review Letters.
Source : Space.com
