Les physiciens travaillant à recréer la matière qui existait à la naissance de l'univers s'attendaient à quelque chose comme un gaz et se sont retrouvés avec le liquide «parfait», ont rapporté quatre équipes de chercheurs lors d'une réunion du 18 avril de l'American Physical Society. L'une des équipes est dirigée par le MIT.
"Ces découvertes vraiment étonnantes nous ont amenés à conclure que nous voyons quelque chose de complètement nouveau - une forme inattendue de matière - qui ouvre de nouvelles pistes de réflexion sur les propriétés fondamentales de la matière et les conditions qui existaient juste après [le Big Bang], », A déclaré Raymond Orbach, directeur du bureau des sciences du département américain de l'Énergie, principal partisan de la recherche.
Contrairement aux liquides ordinaires, dans lesquels des molécules individuelles se déplacent de manière aléatoire, la nouvelle matière semble se déplacer selon un modèle qui présente un haut degré de coordination entre les particules - quelque chose comme un banc de poissons qui répond comme une entité tout en se déplaçant dans un environnement en mutation. Ce mouvement fluide est presque «parfait», tel que défini par les équations de l'hydrodynamique.
Imaginez un jet de miel, puis un jet d'eau. "L'eau coule beaucoup plus facilement que le miel, et le nouveau liquide que nous avons créé semble couler beaucoup plus facilement que l'eau", a déclaré Wit Busza, chef de l'équipe du MIT et professeur de physique Francis Friedman. Les autres professeurs du MIT impliqués dans le travail sont le professeur Bolek Wyslouch et le professeur agrégé Gunther Roland, tous deux en physique.
Busza note que les résultats n'excluent pas qu'une forme de matière semblable à du gaz existait à un moment donné dans le jeune univers, mais les données suggèrent «quelque chose de différent, et peut-être encore plus intéressant, aux densités d'énergie plus faibles créées au RHIC. (Collisionneur d'ions lourds relativiste). »
La recherche a également conduit à plusieurs autres surprises. Par exemple, "il y a une élégance que nous voyons dans les données qui ne se reflète pas encore dans notre compréhension théorique", a déclaré Roland.
Naissance de l'univers
Environ dix millionièmes de seconde après le Big Bang, les physiciens pensent que l'univers était composé d'un gaz d'objets faiblement interagissant, de quarks et de gluons qui finiraient par s'agglutiner pour former des noyaux atomiques et de la matière telle que nous la connaissons.
Ainsi, au cours des 25 dernières années, les scientifiques ont travaillé à recréer ce gaz, ou plasma quark-gluon, en construisant des briseurs d'atomes de plus en plus grands. "L'idée est d'accélérer les noyaux à presque la vitesse de la lumière, puis de les faire planter de front", a déclaré Busza. "Dans ces conditions, le plasma devrait se former." Les résultats actuels ont été obtenus au collisionneur d'ions lourds relativiste situé au Brookhaven National Laboratory du DOE.
Le RHIC accélère les noyaux d'or dans un tube circulaire d'environ 2 kilomètres de diamètre. À quatre endroits, les noyaux entrent en collision et autour de ces sites, des équipes de scientifiques ont construit des détecteurs pour collecter les données. Les quatre instruments - STAR, PHENIX, PHOBOS et BRAHMS - varient dans leurs approches pour suivre et analyser le comportement des particules. Les travaux présentés lors de la réunion de l'APS résument les trois premières années de résultats du RHIC pour les quatre appareils. Des articles de chaque équipe seront également publiés simultanément dans un prochain numéro de la revue Nuclear Physics A.
Le MIT est l'institution chef de file de PHOBOS, une collaboration entre les États-Unis, la Pologne et Taïwan. «Nous sommes très petits», a déclaré Busza, qui a développé le concept de l'appareil. «STAR et PHENIX coûtent chacun environ 100 millions de dollars et emploient quelque 400 personnes. Nous avons coûté moins de 10 millions de dollars et avons environ 50 personnes », a-t-il déclaré. (BRAHMS est également petit.)
Néanmoins, l'équipe PHOBOS a obtenu les premiers résultats physiques de trois des cinq essais expérimentaux du RHIC et a terminé à égalité au premier rang sur un quatrième. (La cinquième manche est toujours en cours d'analyse.)
Pour l'une de ces analyses, l'équipe a collecté les données, les a analysées et a soumis un document sur le travail dans un délai de cinq semaines. "C'est du jamais vu en physique des hautes énergies", a déclaré Busza, qui attribue à Roland la rapidité d'exécution. «C'est lui qui a réussi à extraire la physique des données.»
Et après?
Bien que les plus grands détecteurs RHIC continueront de collecter des données, PHOBOS a été retiré. "Du point de vue des coûts-avantages, nous pensons que nous avons extrait autant de connaissances que possible d'une si petite expérience", a déclaré Busza.
L'équipe est donc tournée vers l'avenir. Les membres espèrent poursuivre leurs études chez le successeur du RHIC, le Large Hadron Collider (LHC) en construction en Europe. Cette installation aura 30 fois l'énergie de collision du RHIC, ce qui rapprochera les scientifiques des conditions à la naissance de l'univers. "Au LHC, nous testerons ce que nous pensons avoir appris de RHIC", a déclaré Busza. "Nous nous attendons également à de nouvelles surprises, peut-être encore plus grandes", a-t-il conclu.
Le personnel de recherche du MIT actuellement impliqué dans PHOBOS est Maarten Ballintijn, Piotr Kulinich, Christof Roland, George Stephans, Robin Verdier, Gerrit vanNieuwenhuizen et Constantin Loizides. Six étudiants diplômés font également partie de l'équipe; la recherche a déjà débouché sur cinq thèses, dont deux en cours.
Source d'origine: communiqué de presse du MIT
