Des physiciens du CERN ont réussi à simuler le Big Bang à l’aide de noyaux atomiques d’oxygène et de néon, pulvérisant ainsi l’idée reçue selon laquelle seules des collisions de plomb lourd pouvaient générer la matière primordiale de l’univers.
À quoi ressemblait l’univers durant ses premières microsecondes, bien avant l’apparition des étoiles ou des planètes ? Des chercheurs du CERN tentent de percer ce secret en recréant des conditions cosmiques extrêmes dans de gigantesques accélérateurs.
Une soupe primordiale issue de noyaux d’oxygène et de néon
Durant les premiers instants suivant le Big Bang, la température et la densité étaient telles qu’aucun proton ou neutron ne pouvait subsister. L’espace était alors envahi par une substance exotique appelée plasma de quarks et de gluons, une sorte de bouillie incandescente où les particules élémentaires se déplaçaient en toute liberté. C’est uniquement au fil du refroidissement de l’univers que ces éléments se sont assemblés pour former la matière que nous connaissons.
Dans le cadre des recherches menées par l’Institut Niels Bohr et la collaboration ALICE, des noyaux d’atomes ont été accélérés à des vitesses proches de celle de la lumière avant d’entrer en collision frontale.
Le principe des quilles de bowling subatomiques
Les microgouttelettes de plasma ainsi formées ne survivent qu’une infime fraction de seconde avant de se disperser en gerbes de particules ordinaires. Bien qu’une observation directe de ce plasma soit impossible, les détecteurs du CERN parviennent à enregistrer avec une précision chirurgicale les trajectoires des fragments éjectés.
Les mouvements de ces débris révèlent la géométrie exacte des noyaux qui entrent en collision. Alors que les collisions de noyaux d’oxygène sphériques génèrent un profil symétrique et arrondi, l’introduction du néon produit une configuration caractéristique semblable à une quille de bowling. Les physiciens comparent ce phénomène à l’analyse d’une ombre portée pour déduire la forme de l’objet initial.
Une nouvelle stratégie d’analyse impulsée par You Zhou
L’étude de l’interaction forte et de l’architecture interne des noyaux atomiques mobilise la recherche depuis plus de soixante-dix ans, s’inscrivant dans la continuité des travaux d’Aage Bohr, lauréat du prix Nobel en 1975.
Cette découverte démontre qu’un système de taille aussi restreinte peut tout de même engendrer du plasma de quarks et de gluons. Pour la suite, le groupe de recherche envisage d’employer des éléments encore plus légers, l’hélium-4 constituant le principal candidat de cette prochaine phase expérimentale.
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