Des pistes pour comprendre l’Univers primitif

L’Univers a beaucoup évolué au cours des 13,7 milliards d’années écoulés depuis le Big Bang, mais les ingrédients de base de tout ce qui existe, depuis les microbes jusqu’aux galaxies, étaient constitués dès les premiers millionièmes de seconde. C’est à ce moment-là que les quarks fondamentaux se lient à l’intérieur des protons et des neutrons qui forment les noyaux atomiques. Ils restent là, collés ensemble par les gluons, particules porteuses de la force forte. Cette force est si puissante que les expériences n’ont pas réussi à arracher des quarks ou des gluons des protons, des neutrons ou autres particules composites.

La soupe primordiale

Imaginez qu’on puisse renverser le processus. D’après la théorie actuelle de l’interaction forte, à des températures très élevées et à des densités très fortes, les quarks et les gluons ne restent pas confinés à l’intérieur de particules composites. Ils se déplacent librement dans un nouvel état de la matière appelé « plasma de quarks et de gluons ».
Cette transition se produit quand la température s’élève au-dessus d’une valeur d’environ 2 milliards de degrés — soit 100 000 fois celle du centre du Soleil ! Pendant quelques millionièmes de seconde après le Big Bang, la température de l’Univers a bel et bien dépassé ce niveau, et l’Univers tout entier a dû se trouver à l’état de plasma de quarks et de gluons — une soupe dense et chaude de quarks et de gluons. Puis, alors que l’Univers refroidissait, passant en dessous de la valeur critique, la soupe s’est figée en particules composites, formant notamment les éléments de base du noyau atomique.

Les expériences effectuées au Supersynchrotron à protons du CERN ont permis de découvrir en 2000 des indices très prometteurs du plasma quarks-gluons. La prochaine étape importante sera franchie grâce au Grand collisionneur de hadrons, et en particulier à l’expérience ALICE.