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Les expériences LHC ouvrent de nouveaux horizons sur l'Univers primordial
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Après moins de trois semaines d'exploitation avec ions lourds, les trois expériences travaillant sur les collisions d'ions plomb au LHC ont déjà jeté une lumière nouvelle sur la matière telle qu'elle existait probablement aux tout premiers instants de l'Univers.
L'expérience ALICE, qui est optimisée pour l'étude des ions lourds, a publié deux articles quelques jours à peine après le démarrage de l'exploitation avec ions lourds. À présent, la première observation directe d'un phénomène appelé étouffement des jets a été faite par les deux expériences ATLAS et CMS.
« C'est impressionnant de voir les expériences produire aussi vite ces résultats, qui portent sur de la physique très complexe, indique Sergio Bertolucci, directeur de la recherche du CERN.Les expériences sont en concurrence entre elles, chacune souhaitant être la première à publier, mais elles confrontent ensuite leurs résultats pour avoir une image complète. C'est un bel exemple qui montre à quel point concurrence et collaboration sont au coeur de ce domaine de recherche ».
L'un des premiers buts du programme d'ions lourds au CERN est de produire de la matière dans l'état où elle se trouvait à la naissance de l'Univers. La matière nucléaire ordinaire, celle qui nous constitue et qui constitue l'univers visible, ne peut pas avoir existé à ce moment-là. En effet, l'Univers était trop chaud et trop agité pour que les quarks puissent être liés par les gluons de façon à former les protons et les neutrons, les constituants de tous les éléments.
Au lieu d'être liées, ces particules élémentaires se seraient déplacées librement dans une sorte de plasma fait de quarks et de gluons. Montrer de façon indubitable que nous pouvons produire et étudier le plasma de quarks et de gluons nous donnera des éléments intéressants sur l'évolution de l'Univers primordial, et sur la nature de la force forte, qui lie les quarks et les gluons pour former les protons, les neutrons et en fin de compte tous les noyaux du tableau périodique des éléments.
Lorsque les ions plomb entrent en collision au LHC, ils peuvent concentrer en un volume très petit suffisamment d'énergie pour produire de minuscules gouttes de cet état primordial de la matière, dont la présence est reconnaissable par toute une gamme de signaux mesurables. Les articles d'ALICE relèvent une augmentation importante du nombre de particules produites dans les collisions par rapport aux expériences précédentes, et confirment que le plasma beaucoup plus chaud produit au LHC se comporte comme un liquide à très faible viscosité (un fluide parfait), ce qui est conforme aux observations faites précédemment auprès du collisionneur RHIC de Brookhaven. Pris dans leur ensemble, ces résultats ont déjà invalidé certaines théories sur le comportement de l'Univers primordial.
« Avec les collisions de noyaux, le LHC est devenu une fantastique machine à big bang, déclare Jürgen Schukraft, porte-parole d'ALICE. À certains égards, la matière quarks-gluons semble familière, elle ressemble au liquide parfait observé au RHIC, mais nous commençons aussi à entrevoir quelque chose de nouveau. »
« C'est vraiment étonnant de pouvoir observer, même à l'échelle microscopique, les conditions et l'état de la matière qui prévalaient à l'aube des temps, déclare Guido Tonelli, porte-parole de CMS. Depuis les premiers jours des collisions d'ions plomb, l'étouffement des jets est apparue dans nos données ; d'autres éléments intéressants, tels que l'apparition de particules Z, jamais observées jusqu'à présent dans les collisions d'ions lourds, sont aussi étudiés. Il s'agit maintenant d'accumuler toutes les études susceptibles de nous conduire à une meilleure compréhension des propriétés de ce état nouveau, et extraordinaire, de la matière. »
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