Le Plasma Quarks-Gluons se Comporte comme un Liquide Cohérent, Confirment Chercheurs CERN et MIT

Des chercheurs affiliés au Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire (CERN) et au Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont apporté une confirmation empirique majeure: le plasma quarks-gluons (QGP), cette matière primordiale qui a existé dans les premiers instants de l'Univers, manifeste un comportement de liquide remarquablement cohérent. Cette découverte résout un débat fondamental en physique sur la nature intrinsèque de cet état de la matière, le plus chaud et le plus ancien jamais existé.

Le QGP est recréé dans le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC), un accélérateur de 27 kilomètres de circonférence près de Genève, en Suisse, par la collision d'ions de plomb lourds à des vitesses approchant celle de la lumière. Cette expérimentation vise à reproduire les conditions extrêmes de l'Univers naissant, le QGP ne subsistant que pendant quelques millionièmes de seconde après le Big Bang. Le Professeur Yen-Jie Lee du MIT, qui a dirigé l'équipe de recherche, a souligné que le plasma est suffisamment dense pour ralentir un quark voyageant à travers lui, provoquant des « éclaboussures et des tourbillons » caractéristiques d'un fluide.

Cette observation valide l'hypothèse d'un liquide presque parfait, possédant une friction interne minimale, contredisant l'attente initiale de nombreux chercheurs qui le percevaient davantage comme un gaz. La technique d'analyse employée par les scientifiques, utilisant le détecteur CMS du LHC, a permis d'isoler environ 2 000 événements spécifiques sur un total de 13 milliards de collisions. Les chercheurs ont recherché les « sillages » mesurables créés par des quarks rapides traversant le QGP, un phénomène analogue aux ondulations laissées par un objet se déplaçant dans l'eau. Cette méthodologie sophistiquée a permis de distinguer le flux collectif du plasma d'une simple diffusion aléatoire de particules, offrant une métrique tangible pour l'étude de la dynamique des fluides de matière à haute énergie.

Le Professeur Lee, physicien au MIT et ancien co-convener du groupe de physique des ions lourds de la collaboration CMS entre 2014 et 2016, a indiqué que cette observation confirme que le plasma quarks-gluons est bien cette « soupe primordiale ». L'analyse s'est concentrée sur les cas où un quark se déplaçait en opposition à un boson Z neutre, permettant une isolation précise de l'interaction entre la particule et le milieu environnant. Ce type de matière, où les quarks et les gluons se déplacent librement avant de se condenser en protons et neutrons, est également pertinent pour comprendre la structure des étoiles à neutrons. La capacité à mesurer l'atténuation et la déflexion des « jets » de particules lorsqu'ils traversent le QGP fournit des informations essentielles sur la densité et la viscosité du milieu.

Cette validation empirique des modèles théoriques sur les premiers microsecondes de l'Univers constitue un jalon significatif pour la physique nucléaire. Les travaux futurs de cette équipe de recherche se concentreront sur une exploration plus fine des propriétés du QGP, notamment en utilisant cette nouvelle approche d'analyse des sillages. Ces recherches approfondies seront présentées lors de la 22e Conférence Internationale sur l'Étrangeté dans la Matière Quarks (SQM2026), prévue du 22 au 27 mars 2026 sur le campus de l'UCLA à Los Angeles. La collaboration CMS, qui a participé à cette confirmation, est l'une des principales expériences du LHC dédiées à l'étude de la physique des ions lourds, aux côtés d'ATLAS et ALICE.