A l'aide du collisionneur à ions lourds du laboratoire de Brookhaven, des physiciens ont réussi à créer un plasma quark-gluon, un état mystérieux de la matière qui était probablement présent dans les premiers moments de l'Univers après le Big Bang (voir notre
news). L'équipe a créé ce plasma en fracassant des noyaux d'atomes d'or les uns sur les autres à des vitesses relativistes. L'explosion résultante des particules n'a duré que 10 puissance -20 seconde. Les astronomes pensent que les grandes étoiles à neutrons pourraient entrer dans une phase quark-gluon avant qu'elles ne s'effondrent en trous noirs.
Interactions des quarks dans des collisions gazeuses/liquides or-or
En utilisant des collisions à grande vitesse entre des atomes d'or, les scientifiques pensent avoir recréé une des formes les plus mystérieuses de la matière dans l'Univers, le plasma quark-gluon. Cette état de la matière était présent durant la première micro-seconde après le Big Bang et pourrait encore exister dans le noyau de lointaines étoiles très denses.
Le professeur de physique Daniel Cebra est l'un des chercheurs. Son rôle consistait à établir les dispositifs d'écoute électroniques qui collectent des informations sur les collisions, un travail qu'il a comparé à "dépanner 120.000 systèmes stéréo". Maintenant, en utilisant ces détecteurs, "nous analysons ce qui se produit réellement pendant la collision pour comprendre ce qu'est le plasma quark-gluon", a-t-il indiqué. "Nous avons essayé de dissocier des neutrons et des protons, les constitants des noyaux atomiques, en leurs quarks et gluons constitutifs", précise-t-il. "Nous avons eu besoin de beaucoup de chaleur, de pression et d'énergie, localisées dans un petit espace."
Les scientifiques ont réalisé de bonnes conditions avec des collisions frontales entre les noyaux d'atomes d'or. Le plasma quark-gluon résultant a subsisté pendant un temps extrêmement court, moins de 10 puissance -20 seconde, selon Cebra. Mais les collisions ont laissé des traces mesurables. "Notre travail est comme une reconstitution d'accidents", explique-t-il. "Nous voyons des fragments issus d'une collision, et nous remontons en arrière depuis ces éléments".
On s'était attendu à ce que le plasma quark-gluon se comporte comme un gaz, mais les données indiquent davantage une substance se comportant comme un liquide. Le plasma est moins compressible que prévu, ce qui signifie qu'il peut être susceptible de supporter les pressions des noyaux d'étoiles très denses. "Quand une étoile à neutrons devient assez grande et assez dense, elle peut passer par une phase 'à quark', ou bien elle peut juste s'effondrer en un trou noir", indique Cebra. "Pour supporter une étoile à quark, le plasma quark-gluon aurait besoin d'être extrêmement rigide. Nous espérons qu'il existe des étoiles à quark, mais il sera difficile de les étudier. Si elles existent, elles doivent être infiniment lointaines".