Des scientifiques de l'Institut Niels Bohr, Université de Copenhague, et leurs collègues de la collaboration internationale ALICE ont récemment fait entrer en collision des noyaux de xénon dans le grand collisionneur de hadrons supraconducteur afin d'acquérir de nouvelles connaissances sur les propriétés du plasma quark-gluon (QGP). Le QGP est un état spécial constitué de quarks et de gluons qui lient les quarks entre eux. Les résultats ont été publiés dans Physique Lettres B .

Les chercheurs ont remplacé les ions plomb habituellement utilisés pour les collisions par des ions xénon. Le xénon est un atome plus petit avec moins de nucléons dans son noyau. Lors de la collision d'ions, les scientifiques créent une boule de feu qui recrée les conditions initiales de l'univers à des températures dépassant plusieurs milliers de milliards de degrés. Contrairement à l'univers, la durée de vie des gouttelettes de QGP produites en laboratoire est ultra-courte, une fraction de seconde (environ 10 ^-22 secondes). Dans ces conditions, la densité de quarks et de gluons est très élevée, et un état spécial des formes de la matière dans lequel les quarks et les gluons sont quasi-libres, dans l'état QGP à interaction forte. Les expériences révèlent qu'à l'instant précédant la formation des atomes dans l'univers, la matière primordiale s'est comportée comme un liquide qui peut être décrit en termes d'hydrodynamique.

« L'un des défis auxquels nous sommes confrontés est que, dans les collisions d'ions lourds, seules les informations sur l'état final des nombreuses particules détectées par les expériences sont directement disponibles - mais nous voulons savoir ce qui s'est passé au début de la collision et les premiers instants après, " dit You Zhou, post-doctorant dans le groupe de recherche Expérimental Subatomique Physique à l'Institut Niels Bohr. "Nous avons développé de nouveaux outils puissants pour étudier les propriétés de la petite gouttelette de QGP que nous avons créée dans les expériences."

Les chercheurs ont étudié la distribution spatiale des milliers de particules qui ont émergé des collisions lorsque les quarks et les gluons ont été piégés dans les particules qui composent l'univers aujourd'hui. Cela reflète non seulement la géométrie initiale de la collision, mais est sensible aux propriétés du QGP. Il peut être considéré comme un écoulement hydrodynamique. "Les propriétés de transport du plasma quark-gluon détermineront la forme finale du nuage de particules produites après la collision, c'est donc notre façon d'aborder le moment de la création de QGP lui-même, " Tu Zhou dit.

Le degré de distribution anisotrope des particules - le fait qu'il y ait plus de particules dans certaines directions - reflète trois informations principales :La première est la géométrie initiale de la collision. La seconde est les conditions régnant à l'intérieur des nucléons en collision. La troisième est la viscosité de cisaillement du plasma quark-gluon lui-même. La viscosité de cisaillement exprime la résistance du liquide à l'écoulement, une propriété physique clé de la matière créée. "C'est l'un des paramètres les plus importants pour définir les propriétés du plasma quark-gluon, " You Zhou explique, " parce qu'il nous dit à quel point les gluons lient les quarks entre eux. "

"Avec les nouvelles collisions au xénon, nous avons imposé des contraintes très strictes sur les modèles théoriques qui décrivent le résultat. Peu importe les conditions initiales, plomb ou xénon, la théorie doit pouvoir les décrire simultanément. Si certaines propriétés de la viscosité du plasma de quarks et de gluons sont revendiquées, le modèle doit décrire les deux ensembles de données en même temps, " dit You Zhou. Les possibilités de mieux comprendre les propriétés réelles de la "soupe primordiale" sont ainsi considérablement améliorées avec les nouvelles expériences. L'équipe prévoit de heurter d'autres systèmes nucléaires pour contraindre davantage la physique, mais cela nécessitera un développement important de nouveaux faisceaux LHC.