Le LHC fait maintenant entrer en collision des ions de plomb à des niveaux d’énergie record

Après avoir été arrêté pendant deux ans pour effectuer des mises à niveau substantielles, le Grand collisionneur de hadrons (LHC) a repris ses activités au début de l’année 2015, et s’engage maintenant dans une nouvelle phase – faire entrer en collision des ions de plomb à un niveau d’énergie deux fois supérieur à celui de toute expérience précédente sur le collisionneur.

À partir de ce mois-ci, les scientifiques du plus grand accélérateur de particules au monde effectuent un essai avec des ions de plomb chargés positivement, qui sont des atomes de plomb dépourvus de leurs électrons. La collision de ces ions de plomb permet aux scientifiques de l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire (CERN) en Suisse d’étudier un état de la matière qui existait peu après le Big Bang, atteignant une température de plusieurs trillions de degrés.

“La tradition veut que nous fassions entrer en collision des ions pendant un mois chaque année dans le cadre de notre programme de recherche diversifié au LHC”, a déclaré Rolf Heuer, chef du CERN. “Cette année est toutefois spéciale, car nous atteignons une nouvelle énergie et nous allons explorer la matière à un stade encore plus précoce de notre Univers.”

Pour étudier l’état de la matière directement après le Big Bang, il faut recréer un moment dans le temps qui a été presque infiniment bref. L’état de la matière qui est quasi-simulé par le CERN n’a existé dans notre Univers que pendant quelques millionièmes de seconde, à un moment où la matière extrêmement chaude et dense existait dans une sorte de soupe primordiale composée de particules appelées quarks et gluons.

En augmentant l’énergie des collisions dans les nouvelles expériences sur les ions de plomb – ce qui est désormais possible grâce aux deux années de travail effectuées sur le LHC – les scientifiques augmenteront le volume et la température du plasma de quarks et de gluons, ce qui permettra une étude plus détaillée et plus précise de la façon dont la matière existait dans les conditions éphémères qui ont suivi immédiatement le Big Bang.

“Il y a beaucoup de questions très denses et très chaudes à aborder avec le passage des ions pour lequel notre expérience a été spécifiquement conçue et encore améliorée pendant l’arrêt”, a déclaré l’un des membres de l’équipe, Paolo Giubellino. “Toute la collaboration se prépare avec enthousiasme à un nouveau voyage de découverte.”

Dans un article d’opinion sur l’expérience, John Jowett, qui dirige le programme d’ions lourds du CERN, a déclaré que nous devrions célébrer la rupture d’une “nouvelle barrière énergétique symbolique”, expliquant qu’il faudra peut-être attendre un certain temps avant que la prochaine frontière de ce type puisse être franchie.

“[L]a concentration d’une telle quantité d’énergie dans le minuscule volume nucléaire est suffisante pour établir des densités et des températures véritablement colossales, environ un quart de million de fois celles du cœur du soleil”, écrit-il. “Les collisions d’ions lourds recréent le plasma quark-gluon, l’état extrême de la matière qui est censé avoir rempli l’Univers lorsqu’il n’avait que quelques microsecondes… Du point de vue du début des années 1950, les énergies atteintes par le [LHC] auraient ressemblé à de la science-fiction.”