Lors des collisions de noyaux lourds, une boule de feu de milliers de particules est créée. Parmi elles, on trouve des pions et des kaons, deux types de particules légères qui se ressemblent beaucoup. Pour comprendre ce qui se passe dans cette boule de feu, les physiciens doivent savoir exactement combien de particules de chaque type ont été émises. Mais à haute énergie, les anciennes méthodes de distinction commencent à s'embrouiller : les signaux des pions et des kaons se chevauchent, comme deux teintes similaires sur une palette.
La nouvelle méthode fonctionne comme la rotation d'une feuille de papier avec deux axes. On mesure deux caractéristiques de la particule : le temps de vol et la perte d'énergie par ionisation. Auparavant, on les considérait séparément, et à grande vitesse, elles se confondaient. Maintenant, les scientifiques prennent les deux grandeurs ensemble et les font pivoter dans l'espace pour trouver la meilleure séparation. C'est comme choisir le bon angle de vue pour deux pièces presque identiques.
Cette astuce a permis de distinguer de manière fiable les pions et les kaons jusqu'à une impulsion de 3 GeV/c — c'est trois fois plus que les méthodes habituelles. Les physiciens ont également vérifié que la nouvelle méthode ne déforme pas une caractéristique importante : le flux elliptique, qui renseigne sur la forme et la dynamique de la boule de feu. Tout concordait.
Désormais, les chercheurs disposent d'un outil pour regarder au cœur des collisions et mesurer plus précisément les propriétés de la matière qui existait dans les premiers instants après le Big Bang.
Le pion est la particule la plus légère parmi celles qui portent les forces nucléaires. Sa masse est environ 270 fois celle de l'électron, mais il est quand même plusieurs fois plus léger que le proton.