Pendant une microseconde après le début du temps, l'univers ne contenait ni étoiles, ni planètes, ni atomes ordinaires. Il était rempli d'un mélange chaotique appelé plasma de quarks et de gluons. Dans cet environnement extrême, les éléments de base de la réalité circulaient librement.
Maintenant, une équipe de chercheurs de l'Institut Niels Bohr au Danemark a réussi à recréer cet ancien environnement. En menant des expériences au Grand Collisionneur de Hadrons, les scientifiques ont produit cette matière primordiale en laboratoire. Ils ont réussi cela en percutant des noyaux atomiques beaucoup plus petits que ceux utilisés précédemment.
L'étude a eu lieu près de Genève, en Suisse, dans l'accélérateur de particules le plus puissant du monde. Le Grand Collisionneur de Hadrons est une machine supraconductrice de 27 kilomètres. Dans cette installation se trouve le détecteur ALICE, un projet impliquant environ 1 800 scientifiques du monde entier. Ici, les chercheurs recréent les températures et densités extrêmes nécessaires pour transformer les protons et les neutrons en leur état d'origine, libre.
Comme ce plasma primordiale refroidit et se brise presque instantanément, les scientifiques ne peuvent pas l'observer directement. Ils doivent étudier ce qui se passe après. Les chercheurs analysent comment les particules se dispersent après la désintégration du plasma.
Emil Gorm Dahlbæk Nielsen, chercheur à l'Institut Niels Bohr, a comparé le processus à l'observation d'une ombre. "C'est comme si nous éclairions un objet et voyions son ombre", a-t-il dit. "On ne voit pas l'objet directement, mais son ombre révèle sa forme. De même, le mouvement des particules révèle la forme géométrique des noyaux atomiques présents au début de la collision.
Cette approche à haute énergie marque un changement majeur en physique nucléaire. Pendant plus de soixante-dix ans, les scientifiques étudiaient généralement la composition des noyaux atomiques par des observations à basse énergie, observant comment les structures vibraient et tournaient.
You Zhou, professeur à l'Institut Niels Bohr, a souligné l'importance de cette nouvelle méthode. "Au lieu d'étudier soigneusement les noyaux à basse énergie, nous les faisons entrer en collision aux énergies les plus élevées que nous puissions créer, et maintenant nous pouvons lire leur forme à partir de l'empreinte qu'ils laissent", a-t-il expliqué. Zhou a déclaré qu'avec ce travail récent, l'équipe a repoussé les limites de la taille des noyaux atomiques tout en produisant avec succès le plasma primordial.
Cette découverte offre une double récompense. "Ce qui est fascinant, c'est que nous pouvons utiliser la même expérience à la fois pour en apprendre davantage sur la structure des noyaux atomiques et pour mieux comprendre ce qui s'est passé pendant la naissance de l'univers", a dit Zhou, ajoutant que les deux concepts sont profondément liés.
En comprenant les conditions exactes nécessaires pour former cet état extrême de la matière, les scientifiques se rapprochent de la réponse à une question profonde. Ils apprennent enfin comment une soupe microscopique et éphémère s'est refroidie et a évolué pour devenir l'univers complexe que nous habitons aujourd'hui.