Ombres dans le plasma de quarks et de gluons express
Au plus profond du Grand collisionneur de hadrons, des noyaux de plomb entrent en collision avec une telle violence qu'un instant, une matière plus chaude que le Soleil voit le jour. C'est le plasma de quarks et de gluons — une soupe des plus petits constituants de la matière, qui n'a existé que durant les premières microsecondes après le Big Bang. Les physiciens de l'expérience ALICE ont forcé ce plasma à se révéler : ils ont suivi des particules messagères qui s'échappent de la boule de feu.
Le messager principal était le pion neutre — une particule légère qui se désintègre aussitôt en deux photons. Ces photons sont captés par un calorimètre spécial, comme un filet à lumière. À côté du pion, les physiciens cherchaient d'autres particules chargées émises dans la même direction ou dans la direction opposée. Il s'est avéré que si le pion vole le long du plan de collision, ses compagnons sont bien visibles. Mais s'il vole perpendiculairement, on en voit nettement moins à proximité. Le plasma, telle une gelée épaisse, freine davantage les particules qui traversent son épaisseur.
Mais le plus intéressant restait à venir. Lorsque les compagnons du pion avaient une grande énergie — supérieure à 3 gigaelectronvolts — la différence entre les directions disparaissait. Cela signifie que les particules les plus rapides traversent le plasma presque sans perte, comme une balle perce un brouillard. Les théoriciens ont comparé les données avec le modèle JEWEL, qui décrit la perte d'énergie dans un milieu en expansion. Le modèle prédisait qu'il ne devrait y avoir aucune différence entre les directions. Or l'expérience l'a observée. Il existe donc dans le plasma un mécanisme d'extinction supplémentaire dont nous ignorons encore tout.
Ainsi, le plasma né d'un instant dans l'accélérateur raconte comment la matière s'est refroidie après le Big Bang. Chaque pion capturé est un pas vers la compréhension de pourquoi notre monde est fait de matière ordinaire et non de soupe de quarks.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2602.22866
Per-trigger yields of $$\pi^0$$-hadron correlations were measured in semicentral Pb-Pb collisions at $$\sqrt{s_{\rm NN}} = 5.02$$ TeV in ALICE at the LHC. The reconstructed $$\pi^0 \rightarrow \gamma \gamma$$, with a transverse momentum of $$11 < p_{\rm T}(\pi^0) < 14$$ GeV/$$c$$, is used as the trigger particle to calculate yields of associated charged particles on the near- and away-side. The photons are reconstructed using the ALICE Electromagnetic Calorimeter, and the charged particles are measured in the ALICE central barrel within a pseudorapidity range of $$|\eta|<0.8$$. The yields are reported relative to the orientation of the $$\pi^0$$ with the $$2^{\rm nd}$$-order event plane, and are background subtracted using the reaction plane fit method. The data give an indication of a suppression of the associated charged-particle yields near $$p_{\rm T} \approx 2$$ GeV/$$c$$ when comparing out-of-plane to in-plane trigger particles. At associated charged-particle $$p_{\rm T} > 3$$ GeV/$$c$$, no significant event-plane dependence is observed within uncertainties. The results are compared with predictions from the JEWEL model, which implements jet energy loss in an expanding medium. JEWEL predicts no significant modification of either the near- or away-side associated yields, independent of whether medium recoils are included. The observed behavior may indicate the presence of additional energy-loss mechanisms beyond those governed by path-length dependence.
Le pion neutre se désintègre en deux photons si rapidement qu'il parcourt moins d'un millimètre avant de disparaître. Le détecteur ne capture pas la particule elle-même, mais sa trace lumineuse.
Dans le roman de Greg Egan, « L'Échelle de Schild », des physiciens créent une matière exotique pour étudier la naissance de l'Univers — un peu comme les tentatives de recréer le plasma de quarks et de gluons dans un collisionneur.