Le noyau d'un atome n'est pas une boule dure, mais une goutte de liquide que l'on peut comprimer. Pour comprendre à quel point elle est élastique, les physiciens accélèrent des noyaux d'or et les font entrer en collision. Lors de l'impact, la matière se comprime jusqu'à des densités comparables à celles d'une étoile à neutrons, puis se disperse. La forme de cette dispersion renseigne sur les propriétés de la matière à l'intérieur.
Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé des données de collisions à une énergie de 1,23 gigaelectronvolt par nucléon. Ils ont modélisé les collisions à l'aide d'un programme informatique qui tient compte de la façon dont les particules se repoussent et entrent en collision en milieu dense. Le programme faisait varier deux paramètres clés : la rigidité de la matière nucléaire (à quel point elle résiste à la compression) et la force d'interaction des particules à l'intérieur. Les calculs ont ensuite été comparés aux mesures réelles de la dispersion des protons.
Il s'est avéré que les données sont le mieux décrites si la matière est plutôt molle et si les collisions de particules à l'intérieur sont légèrement atténuées. Cela signifie qu'à haute densité, les protons et les neutrons entrent moins souvent en collision entre eux que dans l'espace libre. Ce tableau est important pour comprendre les étoiles à neutrons — les objets les plus denses de l'Univers.
L'étude a également montré que si l'on ne tient pas compte de la dépendance de l'interaction des particules à leur vitesse, il faut rendre la matière artificiellement plus rigide pour s'accorder avec l'expérience. Cela souligne que les détails de l'interaction en milieu dense sont cruciaux pour des prédictions précises.
La densité de la matière au centre d'une étoile à neutrons est environ cent mille milliards de fois supérieure à celle de l'eau — une cuillère à café de cette matière pèserait autant qu'une montagne.
Dans le roman « Le Problème à trois corps » de Liu Cixin, des extraterrestres créent des « gouttes » ultra-denses capables de percer des vaisseaux — un écho lointain de la physique de la matière nucléaire dense.