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Posté par Michel le Mardi 30/11/2010 à 00:00
Les expériences du LHC ouvrent de nouveaux horizons sur l’Univers primordial
Après moins de trois semaines d’exploitation avec ions lourds, les trois expériences travaillant sur les collisions d’ions plomb au LHC ont déjà jeté une lumière nouvelle sur la matière telle qu’elle existait probablement aux tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) premiers instants de l’Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.). L’expérience ALICE, qui est optimisée pour l’étude des ions lourds, a publié deux articles quelques jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons...) à peine après le démarrage de l'exploitation avec ions lourds. À présent, la première observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens...) directe d’un phénomène appelé étouffement des jets a été faite par les deux expériences ATLAS et CMS. Ce résultat est annoncé dans un article de la collaboration ATLAS dont la publication a été acceptée dans la revue scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine...) Physical Review Letters. Un article de CMS suivra prochainement, et les résultats de toutes les expériences seront présentés lors d’un séminaire le jeudi 2 décembre au CERN. L’acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.) des données pour les ions se poursuivra jusqu’au 6 décembre.


Un événement enregistré par l'expérience ALICE

« C'est impressionnant de voir les expériences produire aussi vite ces résultats, qui portent sur de la physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens...) très complexe, indique Sergio Bertolucci, directeur de la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension...) du CERN.Les expériences sont en concurrence entre elles, chacune souhaitant être la première à publier, mais elles confrontent ensuite leurs résultats pour avoir une image complète. C’est un bel (Nommé en l’honneur de l'inventeur Alexandre Graham Bell, le bel est unité de mesure logarithmique du rapport entre deux puissances,...) exemple qui montre à quel point (Graphie) concurrence et collaboration sont au cœur de ce domaine de recherche ».

L’un des premiers buts du programme d’ions lourds au CERN est de produire de la matière dans l'état où elle se trouvait à la naissance de l'Univers. La matière nucléaire ordinaire, celle qui nous constitue et qui constitue l’univers visible, ne peut pas avoir existé à ce moment-là. En effet, l'Univers était trop chaud et trop agité pour que les quarks puissent être liés par les gluons de façon à former les protons et les neutrons, les constituants de tous les éléments. Au lieu d’être liées, ces particules élémentaires se seraient déplacées librement dans une sorte de plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un...) fait de quarks et de gluons. Montrer de façon indubitable que nous pouvons produire et étudier le plasma de quarks et de gluons nous donnera des éléments intéressants sur l'évolution de l'Univers primordial, et sur la nature de la force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu...) forte, qui lie les quarks et les gluons pour former les protons, les neutrons et en fin de compte tous les noyaux du tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :) périodique des éléments.

Lorsque les ions plomb (Le plomb est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Pb et de numéro atomique 82. Le mot et le symbole viennent du latin plumbum.) entrent en collision (Une collision est un choc direct entre deux objets. Un tel impact transmet une partie de l'énergie et de l'impulsion de l'un des corps au second.) au LHC, ils peuvent concentrer en un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) très petit suffisamment d’énergie pour produire de minuscules gouttes de cet état primordial de la matière, dont la présence est reconnaissable par toute une gamme de signaux mesurables. Les articles d’ALICE relèvent une augmentation importante du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de particules produites dans les collisions par rapport aux expériences précédentes, et confirment que le plasma beaucoup plus chaud produit au LHC se comporte comme un liquide (La phase liquide est un état de la matière. Sous cette forme, la matière est facilement déformable mais difficilement compressible.) à très faible viscosité (un fluide (Un fluide est un milieu matériel parfaitement déformable. On regroupe sous cette appellation les gaz qui sont l'exemple des fluides compressibles, et les liquides, qui sont des fluides peu compressibles. Dans certaines conditions...) parfait), ce qui est conforme aux observations faites précédemment auprès du collisionneur (Un collisionneur est un type d'accélérateur de particules mettant en jeu des faisceaux dirigés de particules élémentaires.) RHIC de Brookhaven. Pris dans leur ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un...), ces résultats ont déjà invalidé certaines théories sur le comportement de l'Univers primordial.

« Avec les collisions de noyaux, le LHC est devenu une fantastique machine à big bang (Le Big Bang est l’époque dense et chaude qu’a connu l’univers il y a environ 13,7 milliards d’années, ainsi que l’ensemble des modèles cosmologiques qui la décrivent, sans que cela...), déclare Jürgen Schukraft, porte-parole d’ALICE. À certains égards, la matière quarks-gluons semble familière, elle ressemble au liquide parfait observé au RHIC, mais nous commençons aussi à entrevoir quelque chose de nouveau. »

Les expériences ATLAS et CMS tirent au maximum parti des points forts de leurs détecteurs: une configuration hermétique, et une très grande puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de mesure de l’énergie, ce qui leur permet de mesurer les jets de particules émergeant des collisions. Les jets se forment lorsque les constituants de base de la matière nucléaire, les quarks et les gluons, jaillissent du point de collision. Dans les collisions de protons, les jets apparaissent habituellement par paires, en quelque sorte « dos (En anatomie, chez les animaux vertébrés parmi lesquels les humains, le dos est la partie du corps consistant en les vertèbres et les côtes. Les...) à dos ». Dans les collisions d'ions lourds, au contraire, les jets interagissent dans les conditions tumultueuses du milieu, qui est dense et chaud. Cette situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un...) produit un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets...) très caractéristique, appelé étouffement des jets, dans laquelle l'énergie des jets peut se dégrader très fortement, révélant ainsi des interactions avec le milieu plus intenses que tout ce qui a pu être observé précédemment. L’étouffement des jets est un outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par la simplification des...) puissant pour l’étude approfondie du comportement du plasma.

« ATLAS est la première expérience à décrire une observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) directe de l’étouffement des jets, déclare Fabiola Gianotti, porte-parole d’ATLAS. L’excellente capacité d’ATLAS de déterminer les énergies des jets nous a permis d’observer un déséquilibre flagrant des énergies dans les paires de jets: l'énergie de l'un des deux est presque entièrement absorbée par le milieu. C’est un résultat très prometteur, et la collaboration en est fière. Il a été obtenu très rapidement, en particulier grâce à l'engagement et à l'enthousiasme de nos jeunes chercheurs. »

« C’est vraiment étonnant de pouvoir observer, même à l'échelle microscopique, les conditions et l'état de la matière qui prévalaient à l'aube des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.), déclare Guido Tonelli, porte-parole de CMS. Depuis les premiers jours des collisions d’ions plomb, l’étouffement des jets est apparue dans nos données ; d’autres éléments intéressants, tels que l’apparition de particules Z, jamais observées jusqu'à présent dans les collisions d'ions lourds, sont aussi étudiés.Il s’agit maintenant d’accumuler toutes les études susceptibles de nous conduire à une meilleure compréhension des propriétés de cet état nouveau, et extraordinaire, de la matière. »

Les mesures réalisées à ATLAS et CMS annoncent une ère nouvelle pour l’utilisation des jets comme moyen de sonder le plasma quarks-gluons. Grâce à la mesure de l’étouffement des jets, et à d’autres mesures, ces trois expériences LHC seront bien armées pour nous éclairer sur les propriétés du plasma primordial et les interactions entre les quarks et les gluons de cette matière.

Sachant que l’acquisition de données va se poursuivre pendant encore plus d’une semaine, et que le LHC a déjà fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément...) la quantité de données programmée pour 2010, la communauté de la recherche sur les ions lourds au LHC attend beaucoup de la poursuite de l'analyse des données, qui pourrait contribuer de façon importante à l'émergence d'un modèle plus complet du plasma quarks-gluons, et par conséquent de l'Univers primordial.

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Source et illustration: (c) CERN