Des collisions entre noyaux d’or viennent de révéler un comportement inattendu dans une matière comprimée à des densités extrêmes.
L’expérience se déroule au collisionneur RHIC, aux États-Unis. Des noyaux d’or y sont accélérés puis projetés les uns contre les autres. Pendant une fraction de seconde, le choc crée une matière bien plus dense que celle présente dans un noyau atomique ordinaire.
Collision entre ions d’or enregistrée par le détecteur STAR au RHIC. Les lignes représentent les trajectoires de milliers de particules produites lors du choc.
Crédit : Brookhaven National Laboratory / Wikimedia Commons — CC BY 2.0.
Les chercheurs veulent comprendre comment cette matière change d’état selon sa température et sa densité. Pour cela, ils font varier l’énergie des collisions.
Le détecteur STAR enregistre ensuite les milliers de particules produites. Leur mouvement conserve des informations sur l’état très bref qui existait juste après la collision. Les chercheurs se sont notamment intéressés aux petites variations de leur mouvement latéral d’un choc à l’autre.
C’est là qu’apparaît l’anomalie. Dans les collisions les plus frontales, ces variations chutent fortement entre 3 et 5.2 GeV. Elles restent ensuite très faibles jusqu’à 7.7 GeV, avant de remonter aux énergies supérieures. Le signal s’écarte nettement d’une évolution régulière.
Corrélations de quantité de mouvement mesurées par STAR lors des collisions or-or en fonction de l’énergie. Un creux apparaît aux plus basses énergies étudiées.
Crédit : STAR Collaboration/Brookhaven National Laboratory.
Pourquoi ce creux intéresse-t-il autant les physiciens ? La matière nucléaire peut exister sous différents états, selon sa température et sa densité. Les chercheurs soupçonnent qu’il existe un « point critique » où la manière de passer d’un état à un autre change profondément.
Près d’un tel point, la matière pourrait absorber beaucoup d’énergie sans que sa température varie fortement. D’une collision à l’autre, les écarts de température devraient donc diminuer. Or le creux mesuré par STAR correspond justement au type de comportement attendu dans cette situation.
Ce résultat ne suffit cependant pas encore à annoncer la découverte d’un point critique. Un modèle de collision dépourvu de ce phénomène ne reproduit pas correctement le signal observé. Mais d’autres mécanismes pourraient produire une anomalie comparable, et plusieurs explications restent encore possibles.