Les collisions de noyaux légers réalisées au Grand collisionneur de hadrons livrent de nouveaux indices d’un état extrême de la matière. Les expériences ALICE, ATLAS, CMS et LHCb ont toutes observé des phénomènes compatibles avec la formation d’un plasma de quarks et de gluons.
Ce plasma aurait rempli l’Univers durant ses premières microsecondes. À des températures dépassant 100 000 fois celle du centre du Soleil, les protons et neutrons perdent leur structure habituelle. Leurs quarks et les gluons qui les relient peuvent alors circuler dans une matière très chaude et très dense.
Les chercheurs produisent habituellement cet état en faisant entrer en collision des noyaux lourds, comme ceux du plomb. En 2025, le LHC a aussi percuté des noyaux d’oxygène et de néon. Leur petite taille permet d’étudier les conditions minimales nécessaires à l’apparition de ce plasma.
Chaque expérience a recherché une signature différente. ALICE, ATLAS et CMS ont notamment mesuré la manière dont les particules se répartissent après la collision. Des orientations collectives apparaissent dans les données, comme si la matière créée se comportait brièvement comme un fluide en expansion.
CMS a également observé une diminution des particules très énergétiques par rapport aux attentes établies avec des collisions proton-proton. Ce phénomène peut apparaître lorsque des quarks ou des gluons traversent un milieu dense et y perdent une partie de leur énergie.
Représentation artistique de la formation du plasma de quarks et de gluons.
Image : CERN
Ces collisions légères occupent une zone intermédiaire entre les collisions de protons et celles d’ions lourds. Elles peuvent aider à déterminer à partir de quelle taille un ensemble de particules adopte un comportement collectif. Cette frontière reste l’une des questions ouvertes de la physique nucléaire aux très hautes énergies.
Les équipes doivent maintenant comparer plus finement les données de l’oxygène et du néon aux modèles hydrodynamiques.