Quelques millionièmes de seconde après le Big Bang, l'univers était si dense et chaud que les quarks et les gluons qui composent les protons, les neutrons et autres hadrons existaient librement dans ce qu'on appelle le plasma quark-gluon. L'expérience ALICE au Large Hadron Collider (LHC) peut recréer ce plasma lors de collisions à haute énergie de faisceaux d'ions lourds de plomb. Cependant, ALICE, ainsi que toute autre expérience de collision pouvant recréer le plasma, ne peut pas observer directement cet état de la matière. La présence et les propriétés du plasma ne peuvent être déduites que des signatures qu'il laisse sur les particules produites lors des collisions.

Dans un nouvel article, présenté lors de la conférence en cours de la Société européenne de physique sur la physique des hautes énergies, la collaboration ALICE rapporte la première mesure d'une de ces signatures, le flux elliptique, pour les particules d'upsilon produites dans les collisions plomb-plomb du LHC.

L'upsilon est une particule de bottomonium, composé d'un quark inférieur (souvent appelé aussi beau) et de son antiquark. Bottomonia et leurs homologues charme-quark, particules de charmonium, sont d'excellentes sondes du plasma de quarks et de gluons. Ils sont créés dans les étapes initiales d'une collision d'ions lourds et subissent donc toute l'évolution du plasma, à partir du moment où il est produit jusqu'au moment où il se refroidit et cède la place à un état dans lequel des hadrons peuvent se former.

Une indication que le plasma quark-gluon se forme est le mouvement collectif, ou flux, des particules produites. Ce flux est généré par l'expansion du plasma chaud après la collision, et son ampleur dépend de plusieurs facteurs, comprenant :le type et la masse des particules; combien central, ou "face à face, " la collision est; et les moments des particules perpendiculaires à la ligne de collision. Un type d'écoulement, appelé écoulement elliptique, résulte de la forme elliptique initiale des collisions non centrales.

Dans leur nouvelle étude, l'équipe ALICE a déterminé le flux elliptique des upsilons en observant les paires de muons (cousins ​​plus lourds de l'électron) en lesquels ils se transforment, ou "pourriture". Ils ont constaté que l'amplitude du flux elliptique upsilon pour une gamme d'impulsions et de centralités de collision est faible, faisant des upsilons les premiers hadrons qui ne semblent pas présenter un flux elliptique significatif.

Les résultats sont cohérents avec la prédiction selon laquelle les upsilons sont largement divisés en leurs quarks constitutifs dans les premiers stades de leur interaction avec le plasma, et ils ouvrent la voie à des mesures de plus haute précision en utilisant les données du détecteur amélioré d'ALICE, qui pourra enregistrer dix fois plus d'upsilons. De telles données devraient également éclairer le cas curieux du flux J/psi. Cette particule de charmonium plus légère a un débit plus important et on pense qu'elle se reforme après avoir été divisée par le plasma.