Au Grand collisionneur de hadrons, on ne fait pas seulement entrer en collision des protons, mais aussi des noyaux entiers d'atomes. Lorsque deux noyaux se percutent à une vitesse énorme, il se crée un volume minuscule de matière surchauffée — si chaude que les protons et les neutrons y fondent et se transforment en une « soupe » de quarks et de gluons. À travers cette soupe, comme à travers un milieu dense, se frayent un chemin des particules rapides.
Chaque particule perd de l'énergie comme une balle qui traverse l'eau : plus le chemin parcouru est long, plus le freinage est fort. Les physiciens de la collaboration CMS au Grand collisionneur de hadrons ont mesuré pour la première fois comment ce freinage dépend de la taille des noyaux en collision. Ils ont comparé des collisions de noyaux de néon, d'oxygène, de xénon et de plomb.
Les pertes d'énergie augmentent régulièrement avec la taille du noyau, comme si la particule traversait une portion de plus en plus longue de « soupe » dense. Les modèles simples qui ne tiennent compte que de l'état initial des noyaux ne peuvent pas expliquer ces pertes. En revanche, les modèles où la particule perd de l'énergie en cours de route décrivent parfaitement les données à haute énergie des particules.
Ce résultat est un pas de plus vers la compréhension des propriétés de la matière la plus chaude qu'on puisse créer sur Terre. Elle rappelle le milieu qui remplissait l'Univers dans les premières microsecondes après le Big Bang.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2602.21325
High-energy partons lose energy while propagating through the hot, strongly interacting medium produced in ultrarelativistic nucleus-nucleus collisions, leading to a suppression of particle production at high transverse momentum ($$p_\mathrm{T}$$). The dependence of this energy loss on the size of the colliding nuclear system has yet to be firmly established experimentally. This Letter presents a systematic study of charged-particle suppression across four different nucleus-nucleus collision systems using nuclear modification factors ($$R_\mathrm{AA}$$) measured by the CMS Collaboration at the CERN LHC. Previous CMS measurements of $$R_\mathrm{AA}$$ in oxygen-oxygen, xenon-xenon, and lead-lead collisions are recast with identical $$p_\mathrm{T}$$ intervals and are complemented by the first measurement of the charged-particle $$R_\mathrm{AA}$$ in neon-neon collisions at $$\sqrt{s_\mathrm{NN}}$$ = 5.36 TeV. The neon-neon data correspond to an integrated luminosity of 0.76 nb$$^{-1}$$. The $$R_\mathrm{AA}$$ in all collision systems examined show similar qualitative trends as a function of $$p_\mathrm{T}$$, but have a magnitude which is ordered with the nucleon number A. The $$R_\mathrm{AA}$$ feature a downward slope at low $$p_\mathrm{T}$$, a local minimum at around 5$$-$$7 GeV, and an upward slope with increasing $$p_\mathrm{T}$$. The $$R_\mathrm{AA}$$ are also compared in terms of A$$^{1/3}$$, which is proportional to the nuclear radius. Models including only initial-state nuclear effects fail to reproduce the observed trends, whereas energy loss models reproduce the trends in the region $$p_\mathrm{T}$$ $$\gt$$ 9.6 GeV.
Le noyau de plomb est 208 fois plus lourd qu'un proton, mais dans les collisions au Grand collisionneur de hadrons, on l'accélère jusqu'à 99,999999 % de la vitesse de la lumière.
Dans le roman « Le Problème à trois corps » de Liu Cixin, des extraterrestres utilisent des particules subatomiques pour transmettre des signaux — c'est à peu près avec de telles particules que les physiciens « sondent » le plasma de quarks et de gluons.