Les scientifiques du Grand collisionneur de hadrons (LHC) du CERN ont confirmé que l’état le plus ancien de l’univers – un plasma de quarks et de gluons d’une taille de mille milliards de degrés – se comportait comme un liquide, confortant ainsi l’idée selon laquelle le cosmos primitif était littéralement une « soupe primordiale ». Cette découverte fournit des preuves cruciales pour comprendre les conditions immédiatement après le Big Bang, lorsque les particules fondamentales se sont formées pour la première fois.
Recréer l’univers primitif
Le plasma quarks-gluons (QGP), un état de la matière qui existait seulement quelques millionièmes de seconde après la naissance de l’univers, est désormais artificiellement recréé par la collision d’ions plomb lourds à une vitesse proche de la lumière au sein du LHC. Dans ces conditions extrêmes, les quarks et les gluons, normalement confinés dans les protons et les neutrons, sont libérés, imitant brièvement l’environnement de l’univers primitif.
Des chercheurs du MIT, utilisant le détecteur Compact Muon Solenoid (CMS) du LHC, ont observé que les particules se déplaçant à travers ce QGP créaient des « sillages » semblables à ceux laissés par un bateau traversant l’eau. Ce comportement prouve que le plasma réagit aux particules en mouvement comme un fluide, et non comme des particules individuelles se diffusant de manière aléatoire. Cette cohésion est ce qui le définit comme liquide.
Le « modèle hybride » confirmé
Les résultats soutiennent le « modèle hybride » du QGP, qui prédit cette réponse fluide. Les expériences antérieures avaient du mal à détecter ces sillages car les quarks opposés masquaient les effets de chacun. L’équipe du MIT a développé une nouvelle technique, en déplaçant l’attention des paires de quarks vers l’analyse des interactions entre les quarks et les bosons Z neutres. Les bosons Z ont un impact minimal sur le plasma environnant, permettant aux chercheurs d’isoler et d’observer les sillages produits uniquement par les quarks.
Après avoir analysé 13 milliards de collisions dans le LHC, l’équipe a identifié plus de 2 000 cas où un quark a laissé un sillage clair cohérent avec la dynamique des fluides. Ces preuves confirment que le QGP n’est pas simplement un fluide mais un véritable liquide, capable de ralentir les particules en mouvement et de générer des ondulations.
Implications pour la cosmologie
Cette découverte est importante car elle valide les modèles théoriques de l’univers primitif et donne un aperçu de la formation de la matière. Le QGP n’était pas seulement le premier liquide à exister ; à des milliards de degrés, c’était aussi le plus chaud. Étant un liquide presque parfait, ses composants s’écoulent ensemble en douceur, sans friction.
“Nous avons obtenu la première preuve directe que le quark entraîne effectivement plus de plasma avec lui lors de son déplacement”, a déclaré Yen-Jie Lee, membre de l’équipe du MIT. “Cela nous permettra d’étudier les propriétés et le comportement de ce fluide exotique avec des détails sans précédent.”
La capacité d’étudier cette soupe primordiale affinera notre compréhension des premiers instants de l’univers et des conditions qui ont donné naissance à la matière que nous voyons aujourd’hui.
