Construction du grand collisionneur de hadrons Fabrice Coffrini/AFP/Getty Images Selon la théorie du big bang, Il y a des milliards d'années, l'univers entier s'étendait sur une zone de volume nul et de densité infinie. Puis, cette zone s'est agrandie, doublant de taille des centaines de fois en moins d'une seconde. Pendant ces premiers instants, l'univers était rempli d'énergie, une grande partie sous forme de chaleur intense. Alors que l'univers grandissait et se refroidissait, une partie de cette énergie s'est transformée en matière.
Lorsque nous parlons des éléments constitutifs de la matière, nous nous concentrons généralement sur atomes . Les atomes sont constitués d'un noyau qui contient au moins une particule subatomique chargée positivement appelée proton . Le noyau peut également contenir une ou plusieurs particules de charge neutre appelées neutrons . Particules chargées négativement appelées électrons entourent le noyau, se déplacer rapidement autour de lui dans les limites d'un coquille d'énergie .
Mais dans les premiers stades du big bang, les atomes ne pouvaient pas se former. L'univers était trop dense et chaud. En réalité, dans les premiers instants de la première seconde du big bang, même les protons et les neutrons ne pouvaient pas se former. Les théoriciens du big bang pensent que l'univers était plein de particules subatomiques comme neutrinos , particules sans masse, ou quarks , particules élémentaires qui se lient pour créer des particules plus grosses comme des protons ou des neutrons.
Les scientifiques appellent la force qui maintient les quarks ensemble pour former des particules plus grosses la force nucléaire puissante . C'est si fort que dans des circonstances normales, nous ne pouvons pas du tout observer les quarks. C'est parce que les quarks se lient si étroitement que nous ne pouvons pas les séparer facilement. Pendant de nombreuses années, la seule preuve de l'existence même des quarks est venue des modèles mathématiques du fonctionnement de l'univers. Les modèles nécessitaient la présence de particules comme les quarks pour avoir un sens.
Aujourd'hui, les scientifiques ont réussi à prendre des particules comme les protons et les neutrons et à les décomposer en quarks et gluons -- particules sans masse qui médient la force entre les quarks. Les quarks et les gluons ne restent séparés que quelques fractions de seconde avant de se désintégrer, mais c'est assez long pour que les scientifiques les observent à l'aide d'équipements puissants.
Comment les scientifiques font-ils cela, et recréent-ils vraiment le big bang ? Continuez à lire pour le savoir.
Une vue aérienne du Laboratoire de l'accélérateur national Fermi Courtesy Fermilab Le monde des études de particules subatomiques est paradoxal. Les scientifiques utilisent certaines des plus grosses machines du monde pour étudier certaines des plus petites particules que nous connaissons. Les appareils qu'ils utilisent sont extrêmement sophistiqués et précis, pourtant ils s'appuient sur une approche presque violente. Ces méthodes et dispositifs permettent aux scientifiques d'avoir un aperçu de ce à quoi l'univers primitif aurait pu ressembler.
La façon dont les scientifiques regardent les minuscules particules de matière qui composent les particules subatomiques comme les protons et les neutrons est à la fois élégante et primitive. Ils écrasent très fort les particules subatomiques les unes contre les autres et regardent les morceaux qui restent. Pour faire ça, ils doivent utiliser des machines puissantes appelées accélérateurs de particules .
Les accélérateurs de particules projettent des faisceaux opposés de particules subatomiques comme des protons les uns sur les autres. Certains accélérateurs sont circulaires, tandis que d'autres sont linéaires. Ils peuvent être très gros - les accélérateurs circulaires peuvent mesurer des kilomètres de diamètre. Les accélérateurs utilisent des bancs d'aimants pour accélérer les faisceaux de protons lorsqu'ils traversent de minuscules tubes. Une fois que les faisceaux de protons atteignent une certaine vitesse, l'accélérateur les guide dans une trajectoire de collision. Lorsque les particules entrent en collision, ils se séparent en leurs composants, tels que les quarks.
Ces particules subatomiques se désintègrent en quelques fractions de seconde. Ce n'est qu'en utilisant des ordinateurs puissants que les scientifiques peuvent espérer détecter la présence d'un quark. En 2006, une équipe de scientifiques de l'Université de Californie, Riverside a signalé avoir détecté un quark top , le plus massif des six types de quarks. L'équipe avait utilisé un accélérateur de particules pour provoquer une collision entre un proton et un antiproton . Ils ont détecté la présence du quark après sa désintégration. Le processus de désintégration a laissé une signature électronique identifiable [source :Université de Californie, Bord de rivière].
Cela signifie-t-il que les scientifiques peuvent recréer le big bang ? Pas assez. Au lieu, les scientifiques espèrent pouvoir simuler l'état des premiers instants de l'univers. Cela implique de créer un chaud, zone dense de matière et d'énergie. En étudiant ces conditions, les scientifiques pourraient peut-être en apprendre davantage sur la façon dont notre univers s'est développé. Mais ils ne peuvent pas recréer la période d'expansion rapide que nous appelons le big bang.
Au moins, pas encore.
Pour en savoir plus sur le big bang et d'autres théories scientifiques, jetez un oeil aux liens sur la page suivante.
Saveurs de QuarkLes scientifiques classent les quarks en six saveurs différentes :
Pour autant que les scientifiques puissent le déterminer, les quarks ne se lient que par combinaison de deux, trois ou cinq quarks. Différentes combinaisons de liaisons de quarks créent différents types de matière.
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