Sciences

Les expériences futures

Dossier - Le plasma Quark-Gluon
DossierClassé sous :physique , plasma , quark

Rudy Tuani

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Réalisé avec la contribution de Mme Claudie Gerschel, chercheur à l'Institut de Physique Nucléaire d'Orsay, ce dossier présente de manière complète le plasma quark-gluon, ainsi que les dernières avancées de la recherche dans ce domaine.

  
DossiersLe plasma Quark-Gluon
 

Dans les expériences que nous avons décrites jusqu'à présent, des noyaux lourds (noyaux de plomb par ex.) étaient projetés à haute énergie contre des cibles fixes. Cette technique présente deux inconvénients majeurs :

1. l'énergie mise en jeu n'est pas optimale car l'un des noyaux est fixe au moment de la collision
2. le centre de masse du système constitué par les deux noyaux se déplace très vite. Il en résulte que les particules produites sont projetées à l'arrière de la cible dans un cône très fermé ce qui rend leur détection et leur analyse délicates.

Dans les années 1980, les physiciens ont mis au point un autre type d'accélérateur de particules nommé collisionneurs. Ils sont composés de deux « anneaux » qui se coupent en plusieurs points. Les particules circulent en sens opposé dans chacun des anneaux. Aux intersections elles rentrent en collisions de façon quasiment frontale et libèrent ainsi toute leur énergie. Le centre de masse des noyaux qui se percutent est alors presque immobile. Il s'ensuit que les produits de la collision vont être diffusés dans toutes les directions autour du point d'impact rendant leur analyse plus aisée.

Cette technique peut être employée avec des noyaux lourds plutôt que des particules. Deux accélérateurs de particules vont mettre à profit cette technique, l'un américain le Relativistic Heavy Ion Collider ou RHIC situé au Brookhaven National Laboratory, l'autre européen, le Large Hadron Collider au CERN à Genève.

Deux expériences, parmi les cinq qui sont prévues se dérouler sur le RHIC, sont dédiées à la physique du plasma quark-gluon : STAR (Solenoidal Tracker At RHIC) et Phoenix. Avec le RHIC, la densité d'énergie au cœur de la collision de deux noyaux pourrait atteindre 8 GeV/fm3 (pour rappel le seuil de formation d'un plasma quark-gluon est de l'ordre de 3 GeV/fm3). Le RHIC a opéré ses premiers essais en avril 2000.

Au CERN, le futur LHC devrait entrer en service en 2005. Il permettra d'obtenir des densités d'énergie de l'ordre de 18 GeV/fm3 ! Deux des cinq expériences qui s'y dérouleront étudieront la physique du plasma quark-gluon : les expériences ALICE (A Large Ion Collider Experiment)

On espère que ces expériences révèleront sans ambiguïté l'existence d'une phase de plasma quark-gluon de la matière nucléaire et permettront même d'en étudier en détail les propriétés physiques. A l'aube du troisième millénaire un nouveau champ de recherche s'ouvre à la physique nucléaire, probablement riche de nombreuses découvertes inattendues.