LR n°395 : Le Big Bang en laboratoire

Le Big Bang en laboratoire,
C.R.,
LR n°395, mars 2006, p.31-35.

MC : quarks, gluons, interaction forte, plasma de quarks et de gluons, collisionneur de particules, flot de particules, suppression de jets, condensat de verre de couleur, physique de saturation .

Notes :article très intéressant, expliquant l'état de la recherche sur le Big Bang, démontrant les difficultés à l'élaboration d'une théorie scientifique et à sa mise en application, les réalités économiques auxquelles sont confrontées les chercheurs. Et au delà de cette article, de ces recherches, on tente de trouver nos origine. Tout un programme.

Contenu : Comment s’est formé l’Univers ? D’où vient-on ? Que s’est il passé au tout début ? (…)
Que dit la théorie sur l’état de l’univers juste après le Big Bang?
Ce que l’on a longtemps pensé semble faux.. L’Univers primitif n’était pas gazeux, mais liquide. Comment cela ? Il faut étudier les quarks pour pouvoir répondre. Constituants ultime de la matière, selon nos connaissances actuelles, ils sont liés par l’interaction forte, force fondamentale véhiculée par les gluons. Gluons et quarks sont totalement inséparables, sauf si leur distance est très faible. Pour ce faire, il faut une température de plusieurs milliers de milliards degrés et une densité dix fois supérieure a celle de la matière, soit celle qui régnait quelques instants après le Big Bang… L’Univers primitif serait donc constitué d’un « plasma de quarks et de gluons ».

Comment faire pour recréer ces conditions?
Il faut faire s’entrechoquer, dans des collisionneur, à une vitesse proche de celle de la lumière des ions constitués de plusieurs centaines de nucléons, comme l’or ou le plomb. Un problème survient alors. La duré de vie de ce plasma n’est que de l’ordre de 10^-24s !!! Mais le plasma donne naissance à des particules qui respectent la célèbre loi e=mc² et qui gardent en mémoire les traces de sa formation.

L’expérience confirme-t-elle la théorie?
• CERN (Europe, frontière franco-suisse): une série de 7 expériences y a été réalisé afin de détecter 7 de ces traces. En 2000, le CERN annonçait qu’il avait réussi à recréer ce plasma. La communauté scientifique resta septique, le plasma n’étant pas exactement comme elle l’avait prédit, et l’empressement notable du CERN n’était pas sans liens avec le fait que le collisionneur américain RHIC, beaucoup plus puissant, entre en service prochainement
• RHIC (Etats-Unis, Brookhaven, près de New-York) : quelles ont été les découvertes ?

1. Le plasma a été observé mais quarks et gluons étaient très liés, se déplaçant avec d’autres particules en formant « un flot de particules », flot engendré par les interactions entre les quarks. La théorie est contredite, puisque quarks et gluons sont censé être libre de toutes interactions, dans les conditions qui régnaient quelques secondes après le Big Bang.
2. Le fluide découvert est presque parfait, puisque de viscosité extrêmement faible.
3. Le phénomène de « suppression de jets ». Selon la théorie, on devrait aussi observer une production importante de jets de particules de très haute énergie, puisque les quarks, par nature, tendent à s’échapper du plasma et forment ainsi de tels jets. C’est le contraire qui a été observé.

Explications : il semblerait qu’avant même que le plasma se soit formé un « condensat de verre de couleur » ait été crée. Il s’agit d’un état composé d’un grand nombre de gluons et de densité considérable. Si la production de gluons sature (théorie de la physique de saturation), les quarks se forment en plus petite quantité, car rappelons le, se sont les gluons qui sont à l’origine des quarks, et la production de jets diminue, puisque les quarks sont à l’origine de ces jets. Les expériences du RHIC, ont confirmés ces explications.

Si les prochaines expériences confirment l’existence du condensat de verre et de couleur, que n’importe quelle particule pourrait former, on serait en mesure d’expliquer l’origine de toute matière et de tout rayonnement.