Ces figures montrent des instantanés séquentiels (de gauche à droite) de la distribution de température de la matière nucléaire produite dans les collisions de deutons (d) avec des noyaux d'or (Au) aux énergies de collision les plus élevées et les plus faibles (200 milliards d'électrons-volts, ou GeV, Haut, et 20 GeV, bas) du balayage énergétique du faisceau, comme le prédit une théorie de l'hydrodynamique. D'après ces calculs, la température atteinte lors de ces collisions dépasse mille milliards de degrés Kelvin, ce qui est suffisant pour fondre les noyaux en un état de matière composé de leurs quarks et gluons constitutifs. Le système se dilate ensuite à une vitesse proche de la vitesse de la lumière sous la forme d'un fluide presque parfait et se refroidit rapidement. Les flèches blanches représentent la vitesse du fluide lorsqu'il se dilate à différentes vitesses. Les mesures de l'expérience PHENIX correspondent aux schémas de flux de particules prédits par cette théorie décrivant le comportement du plasma quark-gluon, ce qui est cohérent avec l'interprétation selon laquelle ces collisions de particules, même à basse énergie, créent ce plasma quark-gluon de l'univers primordial. Crédit :Département américain de l'énergie
À quoi ressemblait la matière quelques instants après le Big Bang ? Les particules émergeant des collisions de plus faible énergie de petites particules avec de gros noyaux lourds au collisionneur d'ions lourds relativistes (RHIC) pourraient détenir la réponse. Les scientifiques ont révélé que les particules présentent un comportement associé à la formation d'une soupe de quarks et de gluons, les éléments constitutifs de presque toute la matière visible. Ces résultats de l'expérience PHENIX du RHIC suggèrent que ces collisions à petite échelle pourraient produire de minuscules, des grains de matière éphémères qui imitent l'univers primitif. Les taches offrent un aperçu de la matière qui s'est formée il y a près de 14 milliards d'années, juste après le Big Bang.
Les scientifiques ont construit RHIC pour créer et étudier cette forme de matière, connu sous le nom de plasma quark-gluon. Cependant, ils s'attendaient initialement à voir des signes du plasma quark-gluon uniquement dans les collisions hautement énergétiques de deux ions lourds, comme l'or. Les nouvelles découvertes s'ajoutent à un nombre croissant de preuves du RHIC et du Large Hadron Collider en Europe selon lesquelles le plasma quark-gluon peut également être créé lorsqu'un ion plus petit entre en collision avec un ion lourd. Les expériences aideront les scientifiques à comprendre les conditions requises pour fabriquer cette forme de matière remarquable.
Dans les collisions or-or à semi-chevauchement au RHIC, plus de particules émergent de "l'équateur" que perpendiculairement à la direction de collision. Ce modèle d'écoulement elliptique, les scientifiques croient, est causée par les interactions des particules avec le plasma quark-gluon presque « parfait », c'est-à-dire à écoulement libre, créé lors des collisions. Les nouvelles expériences ont utilisé des énergies plus basses et des collisions de deutons beaucoup plus petits (constitués d'un proton et d'un neutron) avec des noyaux d'or pour apprendre comment ce comportement liquide parfait se produit dans différentes conditions, en particulier à quatre énergies de collision différentes. Corrélations dans la façon dont les particules ont émergé de ces collisions deutons-or, même aux énergies les plus basses, correspond à ce que les scientifiques ont observé dans les collisions de gros ions plus énergétiques.
Ces résultats soutiennent l'idée qu'un plasma de quarks-gluons existe dans ces petits systèmes, mais il y a d'autres explications possibles pour les résultats. L'un est la présence d'une autre forme de matière connue sous le nom de condensat de verre coloré qui serait dominé par les gluons. Les scientifiques du RHIC effectueront des analyses supplémentaires et compareront leurs résultats expérimentaux avec des descriptions plus détaillées du plasma quark-gluon et du condensat de verre coloré pour régler ce problème.
