Une équipe de chercheurs de l’Université de Lehigh (USA) a réussi à recréer en laboratoire la “soupe” primordiale surchauffée qui a donné naissance à toute la matière de l’Univers après le Big Bang. La réalisation a été rendue possible par la collision d’ions d’or à presque la vitesse de la lumière dans un environnement, le détecteur STAR, 100 000 fois plus chaud que l’intérieur du Soleil.
La théorie la plus acceptée
La théorie la plus acceptée sur les débuts de l’Univers dit qu’il y a presque 14 milliards d’années, il n’existait qu’un petit point unidimensionnel appelé singularité, qui contient une vaste gamme de particules fondamentales. La chaleur et l’énergie extrêmement élevées ont provoqué une explosion colossale qui a explosé et s’est ensuite propagée dans le cosmos tel que nous le connaissons, une expansion qui se poursuit encore aujourd’hui.
Le résultat initial de ce Big Bang était un liquide extrêmement chaud et énergétique qui allait de 5,5 milliards de degrés Celsius à seulement quelques microsecondes. Mais cette soupe originale ne contenait rien de moins que les éléments constitutifs de toute matière. Cette substance mystérieuse est appelée plasma quark-gluon parce qu’elle est composée de quarks et de gluons, que Rosi J. Reed, professeur assistant au département de physique de l’université de Lehigh, décrit comme ce que les quarks utilisent pour se parler entre eux.
Et la matière est apparue
L’équipe de Reed a recréé les circonstances existant aux débuts de l’Univers, en heurtant des ions lourds, comme l’or, à presque la vitesse de la lumière, créant un environnement qui est 100 000 fois plus chaud que l’intérieur du Soleil. La collision imite la façon dont le plasma quark-gluon est devenu matière après le Big Bang, mais à l’inverse : la chaleur fait fondre les protons et les neutrons des ions, libérant ainsi les quarks et les gluons qui s’y trouvent. Pour ce faire, elle a utilisé le détecteur STAR, un instrument multiple de la taille d’une maison pesant 1 200 tonnes et capable de suivre les milliers de particules produites par chaque collision ionique à la recherche des signatures de ce plasma énigmatique.
Force nucléaire forte
Les différents détecteurs STAR ont permis à l’équipe de faire entrer des ions à différentes énergies dans le corps. L’objectif est de cartographier les différents points de transition au fur et à mesure que le matériau change dans des conditions variables de pression et de température. De même, ils essaient d’examiner la force nucléaire forte, également connue sous le nom de chromodynamique quantique, qui est la plus forte des quatre forces fondamentales connues (les autres sont électromagnétiques, nucléaires faibles et gravitationnelles) et celle qui maintient les protons chargés positivement ensemble.
“Il y a beaucoup de protons et de neutrons au centre des ions, explique Reed. Ils sont chargés positivement et devraient être repoussés, mais il y a une force forte qui les maintient ensemble, assez forte pour surmonter leur tendance à se séparer.”
D’autres chercheurs ont déjà réussi à recréer ce liquide primitif en laboratoire mais, selon Reed, il est essentiel de comprendre comment ce plasma évolue et finit par devenir une matière normale. “C’est une occasion unique d’apprendre comment l’une des quatre forces fondamentales de la nature fonctionne à des densités de température et d’énergie semblables à celles qui existaient seulement quelques microsecondes après le Big Bang, dit le chercheur.
L’équipe STAR a recueilli des preuves observables aux résultats intéressants, mais ne les a pas encore suffisamment recueillies pour tirer des conclusions fermes pour une découverte. La deuxième phase du projet, qui comprend une mise à niveau du détecteur, pourrait mener à ces améliorations tout au long de cette année ou l’année prochaine.