La soupe primordiale

Des collisions d'ions de plomb à haute énergie

Lors d’un séminaire spécial, tenu le 10 février 2000, les porte-parole des expériences sur le programme d’ions lourds du CERN ont présenté des éléments de preuve convaincants de l'existence d'un « nouvel état de la matière », dans lequel des quarks, au lieu d'être intimement liés pour former des particules plus complexes, telles que les protons ou les neutrons, sont totalement libres de leurs mouvements. La théorie prédit que cette soupe primordiale de quarks et de gluons, connue sous le nom de « plasma de quarks et de gluons », aurait existé une dizaine de microsecondes après le Big Bang, avant même la formation de la matière telle que nous la connaissons aujourd’hui.

Ce nouvel état de la matière a été mis au jour par la combinaison des données de sept expériences du programme d’ions lourds du CERN.Le but de ces expériences était d’amener des ions plomb de très haute énergie (33 TeV) produits par le Supersynchrotron à protons (SPS) à voler en éclats sur des cibles, afin de créer des concentrations d’énergie immenses, à même d’avoir raison des forces qui, normalement, confine les quarks à l’intérieur de particules plus complexes. Les collisions ont entraîné des températures 100 000 fois supérieures à celle du cœur du Soleil et des densités d’énergie 20 fois supérieures à celle de la matière nucléaire ordinaire – des densités qui n’avaient jamais été atteintes auparavant dans le cadre d’expériences de laboratoire. Les données collectées démontraient clairement qu’un nouvel état de la matière avait été créé, présentant de nombreuses caractéristiques du plasma quark-gluon qui avait été prédit.

Le programme de faisceau d’ions de plomb a commencé en 1994 par l’utilisation d’une nouvelle source d’ions de plomb liée au Synchrotron à protons (PS) et au SPS. Sept grandes expériences (NA44, NA45, NA49, NA50, NA52, WA97 / NA57 et WA98) ont mesuré divers aspects des collisions plomb-plomb et plomb-or.

Le SPS n’a plus été exploité avec des ions lourds depuis 2003. Au CERN, la prochaine grande étape sera celle des collisions d’ions plomb au Grand collisionneur de hadrons (LHC), en particulier dans le cadre de l’expérience ALICE.