Des physiciens du CERN affirment avoir réussi à créer accidentellement au Grand collisionneur de hadrons (LHC) un plasma quark-gluon, l'affaire du Big Bang. Les résultats de ces expériences ont été publiés dans la revue Nature Physics.
«Nous sommes très heureux de cette découverte. Nous avons une nouvelle opportunité d'étudier la matière dans son état primaire. La capacité d'étudier le plasma quark-gluon dans des conditions plus simples et plus pratiques, telles que les collisions de protons, nous ouvre une toute nouvelle dimension sur la façon dont nous pouvons étudier le comportement de l'univers pendant et avant le Big Bang », a déclaré Federico Antinori (Federcio Antinori), représentant officiel de la collaboration ALICE au sein du LHC.
Le soi-disant plasma quark-gluon, ou «quagma», est de la matière, «démontée» en minuscules particules - quarks et gluons, généralement retenus à l'intérieur de protons, neutrons et autres particules par de fortes interactions nucléaires. Pour la "libération" des quarks et des gluons, des températures et des énergies gigantesques sont nécessaires, qui, comme le croient aujourd'hui les scientifiques, n'existaient dans la nature qu'au moment du Big Bang.
Il y a environ dix ans, les physiciens ont découvert que de telles conditions pouvaient être créées en faisant entrer en collision des ions suffisamment lourds les uns avec les autres à l'aide de puissants accélérateurs de particules. Pendant longtemps, les scientifiques ont cru que le quagma ne pouvait être obtenu d'aucune autre manière, mais l'année dernière, ils ont vu les premiers signes indiquant que ce n'était pas le cas lorsqu'ils ont étudié les résultats des dernières expériences sur le détecteur CMS dans le LHC. Il s'est avéré que la "matière première de l'Univers" est formée par des collisions de protons uniques et d'ions plomb.
Antinori et ses collègues ont découvert qu'une sorte d'analogue de quagma se produit également lorsque des protons entrent en collision les uns avec les autres, étudiant les données collectées par le détecteur ALICE après le redémarrage du LHC d'avril 2015 à nos jours.
Les protons et les neutrons sont constitués de deux types de particules subatomiques - les quarks «down» (d) et «up» (u). Il existe quatre autres types de quarks: adorable (b), enchanté (©), étrange (s) et vrai (t). Ils forment la base de formes exotiques de matière et n'existent pas dans la nature sous une forme stable. Tous ces quarks, comme le disent les scientifiques, ne peuvent se former qu'en présence de gluons «libres», à l'intérieur d'un plasma quark-gluon.
Comme l'ont montré les observations d'ALICE, la collision de protons entre eux a souvent conduit à l'apparition de "nuages" microscopiques de plasma de quarks-gluons - une "soupe" de quarks et de gluons provenant de protons détruits, chauffés à des températures incroyablement élevées - environ quatre billions de degrés Celsius. Ses traces sous forme de particules contenant des quarks dits «étranges» ont été détectées par le détecteur en grande quantité.
Fait intéressant, les particules avec un grand nombre de quarks "étranges" sont apparues plus souvent que d'autres produits de collisions de protons. Les scientifiques pensent que cela indique les circonstances inhabituelles de leur naissance associées aux conditions qui régnaient à l'intérieur du plasma quark-gluon au moment de sa formation.
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Cela, à leur avis, suggère que les propriétés du «quagma» peuvent être étudiées en utilisant des collisions de protons qui sont «pratiques» pour les physiciens, plutôt que des ions lourds complexes, ce qui nous rapprochera de la compréhension de l'apparence de l'Univers avant et pendant le Big Bang.
