L’étude de la matière nucléaire dans des conditions extrêmes permet aux scientifiques de mieux comprendre à quoi aurait pu ressembler l’univers juste après sa création. Les scientifiques du Grand collisionneur de hadrons réunissent les conditions nécessaires pour recréer des mini-Big Bangs en laboratoire en faisant entrer en collision des noyaux à des vitesses proches de celle de la lumière. Ces collisions créent des températures environ un million de fois plus élevées que le centre du soleil.
Cela fait fondre les noyaux en une boule de feu composée de leurs quarks et gluons constitutifs, connue sous le nom de plasma quark-gluon (QGP). Il arrive aussi que les quarks et les gluons des noyaux en collision ricochent les uns sur les autres très tôt dans la collision et forment des pulvérisations de particules énergétiques appelées jets. Ces jets perdent leur énergie lorsqu'ils quittent le plasma, les jets larges perdant plus d'énergie que les jets étroits.
Les chercheurs ont longtemps eu du mal à comprendre les mécanismes par lesquels les quarks et les gluons énergétiques, qui se divisent en branches et forment des jets, interagissent avec le QGP. Une méthode pour comprendre la perte d'énergie des jets est connue sous le nom d'« approche de décohérence ».
Cette méthode amène les chercheurs à s'attendre à ce qu'un jet large à deux broches, dont chacune peut agir comme un émetteur de rayonnement distinct, perdra plus d'énergie qu'un jet étroit, qui agit comme une source unique de rayonnement.
Dans une étude publiée dans la revue Physical Review C , les chercheurs ont mesuré la perte d'énergie des jets à structures étroites et larges dans le QGP. Les résultats confirment pour la première fois que le plasma traite chaque branche d'un jet indépendamment uniquement lorsque les branches sont séparées par un angle critique suffisamment grand pour que le QGP puisse interagir avec les jets en tant qu'entités indépendantes.
Pour la première fois, des chercheurs ont mesuré la perte d'énergie subie par les jets traversant le QGP en fonction de sa sous-structure à l'aide des données de collision collectées par ATLAS, la plus grande expérience de détection de particules à usage général du Grand collisionneur de hadrons.
Les scientifiques ont mis en œuvre un algorithme pour combiner avec succès les informations des différents sous-détecteurs d'ATLAS et construire une image précise de la structure interne du jet dans l'environnement dense de collision d'ions lourds. Le résultat indique que la structure d'un jet est caractérisée par son angle d'ouverture, et on observe que les jets avec un angle d'ouverture plus large perdent beaucoup plus d'énergie dans le QGP que les jets étroits.
Ce résultat confirme l'hypothèse de la décohérence, qui prédit l'émergence d'un angle critique lors de la première division dure d'un jet, au-dessus duquel le jet perd de l'énergie "de manière incohérente" en tant que deux émetteurs. Les nouveaux résultats établissent que le QGP ne modifie pas la sous-structure dure d'un jet qui le traverse mais éteint plutôt préférentiellement les jets ayant une sous-structure plus large.
Plus d'informations : G. Aad et al, Mesure de la suppression des jets dépendante de la sous-structure dans les collisions Pb+Pb à 5,02 TeV avec le détecteur ATLAS, Physical Review C (2023). DOI :10.1103/PhysRevC.107.054909
Informations sur le journal : Révision physique C
Fourni par le Département américain de l'énergie
