Plus précisément, les scientifiques ont réussi à reproduire un état liquide de la matière très similaire à celui du plasma dit « quark-gluon ». Les physiciens, en fait, croient que c’est précisément le genre de matière qui a rempli tout l’espace pendant les premières microsecondes après le Big Bang, lorsque l’Univers était encore trop chaud pour que les particules se rassemblent pour former des atomes.
Dans une expérience appelée PHENIX, Jamie Nagle et ses collègues ont utilisé le grand collisionneur du Brookhaven National Laboratory pour créer le plasma. Pour ce faire, ils ont effectué une série d’essais en faisant entrer en collision, à l’intérieur de l’accélérateur, des paquets de protons et de neutrons dans différentes combinaisons contre des noyaux atomiques beaucoup plus grands.
De cette façon, ils ont découvert que, en contrôlant soigneusement les conditions dans lesquelles les collisions se produisent, ils pouvaient générer de petites « gouttelettes » de plasma quark-gluon qui s’étendaient en différents modèles géométriques.
« Les résultats de notre expérience, explique Nagle, nous ont rapprochés de la réponse à la question de savoir quelle est la plus petite quantité de matière qui puisse exister dans l’Univers primitif.
Les chercheurs ont commencé à étudier cet étrange état de la matière en 2000, dans une série d’expériences au Relativistic Heavy Ion Collider de Brookhaven, au cours desquelles des noyaux lourds d’atomes d’or se sont heurtés et ont généré des températures de plusieurs milliards de degrés. Au cours de l’ébullition qui a suivi, les quarks et les gluons, les particules qui forment tous les protons et neutrons, ont été libérées de leurs chaînes atomiques et ont commencé à circuler librement.
La création d’un plasma quark-gluon
Plusieurs années plus tard, un autre groupe de chercheurs a publié la création d’un plasma quark-gluon obtenu par la collision de deux protons, et non d’atomes lourds. Mais en 2014, Nagle lui-même et son équipe ont trouvé un moyen de tester ces résultats : si ces petites « gouttes » se comportaient vraiment comme un liquide, comme du plasma de quark-gluon, alors elles devraient conserver leur forme. Selon les propres termes du chercheur, « imaginez que vous avez deux gouttelettes qui se dilatent dans le vide. Si les deux gouttelettes sont trop rapprochées l’une de l’autre, alors, à mesure qu’elles se dilatent, elles entrent en collision l’une avec l’autre, se poussent l’une l’autre et créent ces motifs.
En d’autres termes, si nous jetons deux pierres dans un étang, les ondulations de ces impacts se croisent, formant un motif qui ressemble à une ellipse. Et selon le raisonnement de Nagle, la même chose pourrait se produire si nous cassons quelques protons-neutrons, appelés deuters, contre quelque chose de plus grand. De même, un trio proton-neutron, également connu sous le nom d’atome d’hélium-3, pourrait se transformer en quelque chose comme un triangle.
Et c’est exactement ce que l’expérience PHENIX a trouvé : des collisions deutéron ont formé des ellipses de courte durée, des atomes d’hélium-3 ont formé des triangles et des protons libres ont éclaté en cercles.
Selon les chercheurs, ces résultats aideront les physiciens théoriciens à mieux comprendre comment, en quelques millisecondes seulement, le plasma quark-gluon original refroidi pour former les premiers atomes de l’Univers.
