L’ âge bébé de l’Univers baignait réellement dans une “soupe primordiale”, révèle une étude

Une chaleur de milliers de milliards de degrés

Imaginez les tout premiers instants de notre univers. Il ne ressemble à rien de ce que nous connaissons aujourd’hui. C’est une fournaise inimaginable, chauffée à plusieurs milliers de milliards de degrés Celsius. Dans cette ambiance infernale, les particules élémentaires — les quarks et les gluons — filent à la vitesse de la lumière. Le résultat ? Une sorte de « plasma quark-gluon ». Bon, ce nom un peu barbare désigne en réalité une soupe primordiale qui n’a duré que quelques millionièmes de seconde.

En refroidissant rapidement, cette substance a permis aux quarks et gluons de fusionner pour créer les protons et les neutrons, les briques de base de la matière qui nous entoure. Mais une question taraudait les physiciens depuis des années : à quoi ressemblait vraiment cette matière originelle ? Était-ce un gaz ? Un solide ?

Pour le savoir, des chercheurs ont décidé de remonter le temps. Direction la Suisse, au CERN, dans les entrailles du Grand collisionneur de hadrons (LHC). L’idée est simple sur le papier, mais titanesque en pratique : en fracassant des ions lourds (comme du plomb) à une vitesse proche de celle de la lumière, ils parviennent à déloger brièvement les quarks et les gluons. L’objectif ? Recréer, le temps d’un éclair, ce fameux plasma des origines.

L’effet « canard » et le liquide parfait

C’est ici qu’intervient une équipe dirigée par des physiciens du MIT, dont Yen-Jie Lee. En analysant les données du détecteur CMS (Compact Muon Solenoid) du CERN, ils ont observé quelque chose de fascinant. Quand un quark traverse ce plasma à toute allure, il crée un sillage derrière lui. Exactement comme un canard qui laisse des ondulations en avançant sur un lac.

Pourquoi est-ce important ? Parce que c’est la première preuve directe que ce plasma réagit comme un fluide unique. Il clabote, il résiste. Ce n’est pas un nuage de particules qui s’éparpillent au hasard, mais bien une matière dense et liée. « Cela fait longtemps qu’on débat pour savoir si le plasma réagit au passage d’un quark », explique Yen-Jie Lee. Le verdict est tombé : « Nous voyons maintenant que le plasma est incroyablement dense, capable de ralentir un quark et de produire des éclaboussures et des tourbillons comme un liquide. »

Ce plasma quark-gluon serait même le liquide le plus chaud jamais existé, mais aussi un liquide presque « parfait », s’écoulant sans aucune friction. Cette vision confirme d’ailleurs le « modèle hybride » théorisé par Krishna Rajagopal, professeur au MIT, qui prédisait que ce plasma réagirait comme un fluide au passage de particules rapides.

La traque du Boson Z : une méthode de détective

Mais comment observer ce sillage microscopique qui dure moins d’un quadrillionième de seconde ? C’est là que ça se corse. Habituellement, les physiciens cherchent des paires « quark et antiquark ». Le problème, c’est que lorsqu’ils partent dans des directions opposées, le sillage de l’un masque celui de l’autre. Comme l’explique Yen-Jie Lee, « un quark éclipse le sillage du second ».

Alors, l’équipe a dû ruser. En collaboration avec le groupe du professeur Yi Chen de l’Université Vanderbilt, ils ont mis au point une nouvelle technique. Au lieu de chercher des paires classiques, ils ont traqué des événements où un quark est émis dos à dos avec un « boson Z ».

Le boson Z, c’est un peu le fantôme de la physique : électriquement neutre, il n’interagit quasiment pas avec son environnement. Quand une collision crée un boson Z et un quark, les deux partent dans des directions opposées. Le boson Z file sans rien déranger, tandis que le quark, lui, laboure le plasma. Du coup, toutes les ondulations observées de l’autre côté viennent forcément du quark. Le boson Z sert simplement de balise pour dire aux chercheurs où regarder.

2 000 aiguilles dans une botte de foin cosmique

Pour valider cette méthode, les chercheurs ont dû fouiller dans une montagne de données. Sur plus de 13 milliards de collisions d’ions lourds enregistrées, ils ont isolé environ 2 000 événements produisant un boson Z. Un travail de fourmi publié dans la revue Physics Letters B.

Le résultat est sans appel. En cartographiant les énergies pour ces événements spécifiques, ils ont vu des motifs fluides — des tourbillons et des sillages — exactement à l’opposé des bosons Z. Daniel Pablos, professeur à l’Université d’Oviedo en Espagne, qui n’a pas participé à l’étude mais collabore avec Krishna Rajagopal, salue la prouesse : « Yen-Jie et la collaboration CMS ont conçu une mesure qui nous apporte la première preuve propre, claire et sans ambiguïté de ce phénomène fondamental. »

Cette découverte offre bien plus qu’une simple confirmation. En étudiant la vitesse et la dissipation de ces sillages, les scientifiques peuvent désormais analyser les propriétés intimes de cette soupe primordiale. Comme le conclut Yen-Jie Lee avec enthousiasme : « Avec cette expérience, nous prenons un instantané de cette soupe de quarks primordiale. » Une photo de naissance de notre univers, en quelque sorte.

Selon la source : phys.org

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