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Des collisions d’étoiles à ions et à neutrons lourds au Big Bang

by Nouvelles

Le SFB-TR 211 étudie la collision d’ions lourds et d’étoiles à neutrons dans des conditions extrêmes. L’image de simulation montre la densité de deux étoiles à neutrons qui ont fusionné. Crédit: L. Rezzolla, Goethe-Uni Francfort

Le Centre de recherche collaboratif Transregio «Matière à forte interaction dans des conditions extrêmes», une initiative conjointe de l’Université technique de Darmstadt, de l’Université Goethe de Francfort et de l’Université de Bielefeld, étudie depuis juillet 2017 les états de matière les plus extrêmes de l’univers. La Fondation allemande pour la recherche (DFG) finance cette Transregio (SFB-TRR) 211 pour quatre années supplémentaires avec 8,9 millions d’euros. Le nouveau porte-parole est le professeur Guy Moore, physicien nucléaire à la TU Darmstadt. Il reprend cette fonction du professeur Dirk Rischke, qui fait des recherches et enseigne à l’Université Goethe de Francfort. Le Transregio renforce également la coopération au sein de l’Alliance stratégique des universités Rhin-Main (RMU), que l’Université Goethe de Francfort, TU Darmstadt et l’Université Johann Gutenberg de Mayence ont formée en 2015.

Que se passe-t-il lorsque la matière normale est tellement comprimée ou chauffée que les noyaux atomiques se chevauchent et fusionnent ensemble? La matière entre alors dans un nouvel état dont les propriétés sont déterminées par les «interactions fortes», c’est-à-dire la force qui lie les protons et les neutrons ensemble dans le noyau atomique. Cette forte interaction génère également la liaison entre les éléments constitutifs internes des protons et des neutrons – les quarks et les gluons – et ces éléments fondamentaux dominent en fin de compte les propriétés de la matière dans des conditions extrêmes.

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De telles influences environnementales révolutionnaires – telles que des températures de plus d’un billion de degrés et des densités de plus de cent millions de tonnes par centimètre cube, qui sont de plusieurs ordres de grandeur plus élevées qu’au centre du soleil – sont atteintes dans les collisions d’ions lourds. , qui font actuellement l’objet d’études expérimentales au collisionneur d’ions lourds relativistes (RHIC) à New York, au grand collisionneur de hadrons (LHC) à CERN à Genève, et dans un futur proche à l’accélérateur FAIR à Darmstadt. De plus, de telles conditions prévalent également lors de la fusion des étoiles à neutrons, qui font partie des événements astrophysiques les plus puissants et ont été détectées pour la première fois en 2017 en mesurant ondes gravitationnelles. Des conditions similaires se sont également produites dans les 10 premières microsecondes après la Big Bang et ont donc un impact sur la structure et le contenu de l’univers aujourd’hui.

Raisons suffisantes, par conséquent, pour étudier plus intensivement les bases théoriques de la matière en interaction forte et pour prédire son comportement dans les expériences, l’astrophysique et la cosmologie. C’est l’objectif principal du SFB-TRR 211, une collaboration de 24 chefs de projet et de leurs groupes de travail, avec un total de plus de 100 chercheurs impliqués dans 13 sous-projets. Ils explorent les fondements théoriques de la théorie à l’aide d’enquêtes numériques à grande échelle sur des supercalculateurs en utilisant les outils de la théorie des jauges en treillis, ainsi qu’en utilisant des tentatives analytiques pour sonder cette interaction fondamentale. En même temps, ils appliquent ces avancées théoriques pour faire des prédictions de phénomènes expérimentaux et astrophysiques spécifiques. L’expertise combinée des scientifiques des trois universités partenaires est unique au monde.

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Le nouveau porte-parole du TRR 211, le professeur Guy Moore, déclare: «Nous sommes ravis que la DFG ait reconnu notre expertise et notre travail acharné au cours des dernières années et nous sommes impatients de poursuivre nos recherches jusqu’à la mi-2025 – et espérons-le avec un troisième financement période dans le futur. »

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