Un morceau du Compact Muon Solenoid/CERN Les physiciens du CERN ont réussi à créer plasma quark-gluon - la particule 'soupe' supposée avoir existé dans les premiers instants suivant la Big Bang - en utilisant moins de particules qu'ils n'auraient jamais cru possible. Surnommée le 'plus petit liquide', cette substance visqueuse primordiale incroyablement chaude et dense peut nous aider à comprendre comment la matière s'est comportée et a évolué quelques microsecondes après la naissance de l'Univers.
'Alors que nous pensons que l'état de l'Univers environ une microseconde après le Big Bang consistait en un plasma quark-gluon, il y a encore beaucoup de choses que nous ne comprenons pas complètement sur les propriétés de ce plasma', dit l'un des chercheurs , Quan Wang de l'Université du Kansas.
Environ 10-12quelques secondes après le Big Bang, les scientifiques pensent que l'Univers était composé de plasma quark-gluon, qu'ils classent comme un 'liquide presque parfait' , car il n'y a pratiquement aucun frottement. Produisant des températures comprises entre 4 000 milliards et 6 000 milliards de degrés Celsius, soit environ 100 000 fois plus chaudes que le centre du Soleil - cette affaire est la chose la plus chaude jamais créé sur Terre.
Le plasma quark-gluon a été produit pour la première fois dans le LHC en 2012, mais les chercheurs ont désormais pu utiliser moins de particules que prévu pour décomposer les protons et les neutrons en leurs plus petites parties, appelées quarks et gluons. Chaque proton et neutron cède trois quarks chacun, ce qui libère les gluons - une forme de matière sans masse qui maintient les quarks ensemble à l'aide d'un phénomène connu sous le nom de Strong Force.
Grâce à cette force, également appelée force de couleur, dans des circonstances normales, vous ne pourriez pas séparer les protons et les neutrons si vous essayiez. En effet, la quantité d'énergie dont vous auriez besoin pour le faire finirait par produire de tout nouveaux quarks (et leurs homologues, les antiquarks), qui prendraient la place des quarks que vous venez de 'libérer'. C'est ce qu'on appelle le confinement des quarks.
'En gros, vous ne pouvez pas voir un quark isolé car la force de couleur ne les laisse pas partir, et l'énergie nécessaire pour les séparer produit des paires quark-antiquark bien avant qu'ils ne soient suffisamment éloignés pour être observés séparément', explique le site Web de la Georgia State University.
Mais plus vous rapprochez ces quarks et gluons, plus cette force s'affaiblit. Frappez vos particules ensemble à des niveaux d'énergie incroyablement élevés - comme ce qui est créé à l'intérieur du LHC - et vous vous retrouverez avec une 'soupe' dense d'ingrédients individuels plutôt qu'une collection d'atomes plus gros.
'L'implication est que les quarks en confinement étroit sont totalement libres de se déplacer', dit l'État de Géorgie . «Une partie de la nature du confinement des quarks est que plus vous essayez de forcer les quarks à s'éloigner, plus la force de confinement est grande.»
L'équipe de la collaboration Compact Muon Solenoid (CMS) du Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN a réussi à déchirer les protons et les neutrons pour former un plasma quark-gluon en brisant des protons dans des noyaux de plomb à la vitesse de la lumière à l'intérieur du détecteur CMS.
«Ces minuscules gouttelettes de plasma quark-gluon ont d'abord été une surprise intrigante», l'un des membres de l'équipe, Berndt Mueller du laboratoire national de Brookhaven aux États-Unis, dit dans un communiqué . «Au départ, les physiciens pensaient que seuls les noyaux des grands atomes comme l'or auraient suffisamment de matière et d'énergie pour libérer les éléments constitutifs des quarks et des gluons qui composent les protons et les neutrons.»
«Avant les résultats expérimentaux de CMS, on pensait que le milieu créé dans un proton sur des collisions de plomb serait trop petit pour créer un plasma quark-gluon», Wang a ajouté.
Alors, que pouvons-nous apprendre de cela ? Être capable de recréer les premiers instants après le Big Bang en utilisant moins de matériaux que nous ne le pensions possible signifie que les physiciens seront en mesure d'étudier et de comprendre plus efficacement le comportement de la matière pendant cette période - souvent appelée l'époque Quark. La façon dont les forces fondamentales qui régissent notre Univers, telles que la gravité, sont apparues est également quelque chose que les chercheurs étudieront lorsqu'ils étudieront le plasma quark-gluon.
Les résultats ont été publiés dans Lettres d'examen physique .