24 mai 2011
Les derniers résultats du LHC annoncés à Annecy

Les trois expériences LHC qui étudient les collisions d’ions plomb (Alice, Atlas et CMS) ont présenté le 23 mai 2011 leurs tout derniers résultats à l’occasion de la conférence bisannuelle Quark Matter, organisée cette année à Annecy par le CNRS, le CEA et le Cern. Ces résultats se fondent sur l’analyse des données recueillies au cours des deux dernières semaines de l’exploitation du LHC en 2010, lorsque les ions plomb circulaient dans l’accélérateur. Toutes les expériences font état de mesures très précises, qui vont apporter de fortes contraintes sur les prédictions théoriques des premières microsecondes de l’Univers.

Dans ses tout premiers instants, quelques microsecondes à peine après le Big Bang, l’Univers consistait en un plasma de quarks et de gluons, les constituants fondamentaux de la matière. En faisant entrer des ions lourds en collision, les physiciens peuvent remonter le temps et recréer les conditions qui prévalaient alors, nous permettant de comprendre l’évolution de l’univers primordial.

Le programme ions lourds du LHC s’appuie sur des expériences menées il y a plus d’une décennie auprès du Supersynchrotron à protons (SPS) du Cern, qui avaient trouvé des indices donnant à penser que le plasma pouvait être créé et étudié en laboratoire. Le Collisionneur d’ions lourds relativistes (Rhic) du Laboratoire national de Brookhaven (États-Unis) avait pris la relève en 1999 et établi de manière fiable que le plasma de quarks et de gluons pouvait être créé à une échelle infinitésimale. Pour la première fois cette année, des résultats du LHC seront présentés à la conférence Quark Matter.

Alice

Les résultats de l’expérience Alice ont apporté des éléments de preuve que la matière créée dans les collisions d’ions plomb est la plus dense jamais observée : sa température est plus de 100 000 fois supérieure à celle régnant à l’intérieur du Soleil et elle est plus dense que les étoiles à neutrons. Ces conditions permettent d’étudier les propriétés du plasma avec une précision sans précédent. Alice a confirmé la découverte des expériences du Rhic : le plasma de quarks et de gluons se comporte presque comme un fluide parfait, pratiquement dépourvu de viscosité. Lors de la présentation de ses résultats, la collaboration Alice a également traité du comportement des particules énergétiques dans le plasma de quarks et de gluons.

Atlas

La collaboration Atlas a réalisé une étude complète des collisions d’ions lourds. Cette analyse porte entre autres sur les propriétés d’ensemble comme le nombre et les distributions des particules chargées émergeant du plasma, qui viennent élucider la dynamique des collisions et les propriétés de transport dans ce milieu. En complémentarité avec ces observables globales, Atlas cherche les effets que le plasma pourraient induire sur la production de bosons, W et Z, et de jets de particules. Cette double stratégie permet de mieux comprendre la nature du plasma en terme de température et de densité ainsi que les modifications de l’interaction forte dans ces conditions extrêmes qui conduisent par exemple à un phénomène d’étouffement des jets.

CMS

CMS a étendu ses analyses sur l’étouffement de jets. L’observation la plus frappante de CMS est l’importante suppression de certaines particules contenant un quark b dans les collisions plomb-plomb. Un phénomène crucial pour comprendre les propriétés du plasma de quarks et de gluons.

Avec ces collisions d’ions plomb, le LHC explore désormais à des énergies inégalées à ce jour la matière interagissant fortement - c’est à dire par l’intermédiaire de l’interaction forte. Ceci permet aux expériences Alice, Atlas et CMS de mieux comprendre et d’élucider quelques unes des propriétés du plasma de quark et de gluons.

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