Avant la matière telle qu’on la connaît : le Cern traque le mystérieux état qui régnait au début de l’Univers

On sait que le regretté Hubert Reeves avait commencé de travailler dans le domaine de l'astrophysique nucléaire et notamment sur les problèmes de l'origine des éléments par nucléosynthèse, qu'elle soit stellaire ou primordiale pendant le Big Bang. 

Les physiciens sont allés plus loin que l'origine des noyaux des atomes au cours des 50 dernières années en explorant d'abord théoriquement, puis expérimentalement la genèse des protons et des neutrons.

Anniversaire : les quarks ont 50 ans

Le modèle standard de la physique des particules élémentaires a commencé à prendre forme pendant les années 1960 avec la théorie unifiée des forces nucléaire faible et électromagnétique, ainsi que le modèle des quarks pour les hadrons. On fête cette année les 50 ans de la découverte de ce modèle par deux physiciens, George Zweig et Murray Gell-Mann. Zweig était en poste au Cern lorsqu'il a publié ses idées dans un article daté du 17 janvier 1964.... Lire la suite

C'est la théorie des quarks et de la chromodynamique quantique décrivant les forces nucléaires fortes entre quarks avec des gluons, des sortes de cousins du photon.

Les protons, des gouttes de liquide hadronique ?

Dans le cadre de la cosmologie standard, ces théories prédisaient que ce n'est qu'environ un millionième de seconde après ce que l'on peut appeler le temps zéro du Big Bang (ce n'est pas forcément le temps zéro d'un multivers) que le plasma de quarks et de gluons - que l'on appelle le quagma - a rencontré des pressions et des températures (des températures 100 000 fois plus élevées que celles régnant au cœur du Soleil tout de même à ce moment-là !) suffisamment basses, en raison de l'expansion de l'espace, pour pouvoir se condenser en ce que l'on peut considérer comme des gouttes de liquide hadronique, c'est-à-dire les protons et les neutrons qui sont des hadrons.

Le père des hadrons, le physicien Lev Okun, est mort

Certains physiciens, comme John Wheeler pour les trous noirs et les trous de ver, sont à l'origine de dénominations qui feront fortune. Spécialiste réputé de la physique des particules, le Russe Lev Okun a ainsi été à l'origine du mot hadron.... Lire la suite

On cherche à percer des secrets de ce quagma en le reproduisant sur Terre avec des collisions d'ions lourds comme le plomb, accélérés dans des machines comme le LHC et entrant en collision dans des détecteurs géants qui l'équipent, comme Atlas, CMS et surtout Alice, sans oublier LHCb.

Qu’est-ce que le plasma de quarks et de gluons et pourquoi est-il si fascinant ? Le premier épisode présente cet état de la matière unique, qui remplissait l’Univers 10 microsecondes après le Big Bang et que l’on peut désormais étudier dans les accélérateurs grâce aux collisions d’ions lourds. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Cern

Une nouvelle recette pour produire du quagma

Dans un communiqué du Cern, on apprend maintenant qu'« un an après les premières collisions d'oxygène au Grand collisionneur de hadrons (LHC), les principales collaborations LHC - Alice, Atlas, CMS et LHCb - rapportent avoir observé dans les produits de ces collisions des indices d'un état de la matière connu sous le nom de plasma de quarks et de gluons ».

Or, comme le précise le communiqué, « on pensait jusqu'ici que l'unique moyen de créer les conditions nécessaires à la formation du plasma de quarks et de gluons était de faire entrer en collision des ions lourds, tels que le plomb, 200 fois plus lourd que les protons utilisés le plus souvent au LHC. Cette idée est désormais remise en question. En effet, la collaboration Alice, spécialisée dans l'étude de cet état extrême de la matière, a rapporté avoir observé en début d'année des indices de plasma de quarks et de gluons dans des collisions proton-proton et proton-plomb. Par ailleurs, l'année dernière, les collaborations LHC avaient inauguré une nouvelle manière de rechercher le plasma de quarks et de gluons, en détectant les premiers indices de ce phénomène dans des collisions oxygène-oxygène ».

Comment produisons-nous du plasma quark-gluon et comment l'étudions-nous ? Le deuxième épisode se concentre sur les études expérimentales du plasma quark-gluon dans les collisions d'ions lourds, les mesures des propriétés du plasma telles que la température, et comment savons-nous que nous produisons du plasma quark-gluon en premier lieu. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © Cern

Le communiqué se conclut en expliquant que « les études sur la formation possible du plasma de quarks et de gluons dans des collisions d'ions légers se poursuivent sur la base des données du LHC. Pendant ce temps, le LHC fait l'objet de travaux qui le transformeront en un LHC à haute luminosité encore plus puissant, qui permettra sans aucun doute de mieux comprendre la nature du plasma de quark et de gluons ».

Les ordinateurs quantiques vont révéler des secrets de la création de la matière pendant le Big Bang

Les protons et les neutrons qui composent les noyaux des atomes de notre corps n'ont pas toujours existé. On sait qu'ils se sont formés à partir d'un état de la matière que les physiciens appellent un quagma. Une façon de percer ses secrets et de résoudre des équations de la théorie le décrivant, mais les calculs nécessaires sont parfois formidables. Les physiciens pensent faire d'importants progrès à ce sujet en mobilisant les mythiques ordinateurs quantiques.... Lire la suite