Des physiciens cartographient le mouvement des particules dans le plasma quark-gluon primordial
Des chercheurs du MIT et de l'UCSB étendent le cadre du mouvement brownien d'Einstein pour analyser le comportement des particules subatomiques à l'approche de la vitesse de la lumière
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Des physiciens du MIT et de l'Université de Californie à Santa Barbara ont formulé une théorie prédisant comment les particules relativistes se déplacent dans le plasma quark-gluon, le fluide dense qui remplissait l'univers quelques microsecondes après le Big Bang. Cette innovation théorique lève une limite vieille d'un siècle de la physique classique en calculant les variations de quantité de mouvement des particules proches de la vitesse de la lumière.
Étendre la dynamique des fluides d'Einstein
En 1905, Albert Einstein a formulé une explication mathématique du mouvement brownien, l'agitation aléatoire des grains de pollen en suspension dans l'eau, observée pour la première fois par le botaniste Robert Brown en 1827. Alors examinateur de brevets, Einstein a démontré que ce mouvement traduit les interactions microscopiques au sein d'un fluide, où la traînée contrebalance les collisions aléatoires des molécules environnantes. Si ce modèle décrit avec succès les liquides et les gaz ordinaires, il échoue lorsqu'on l'applique à des particules relativistes se déplaçant à une vitesse proche de celle de la lumière, comme le rapporte MIT News.
« Notre résultat révèle une nouvelle source d'information portée par les quarks lourds, sous la forme de variations rares et inhabituellement grandes de leur mouvement. »
— Jean Du Plessis, Centre de physique théorique du MIT
Calculer de rares impulsions
Pour combler cette lacune, les physiciens théoriciens Jean Du Plessis, du Centre de physique théorique du MIT, et Bruno Scheihing-Hitschfeld, de l'Institut Kavli de physique théorique de l'UCSB, ont réexaminé la dynamique des particules dans des états d'énergie extrêmes. Leurs résultats, publiés dans Physical Review Letters, constituent une innovation scientifique notable : ils calculent les forces précises exercées sur les quarks lourds lorsqu'ils traversent des fluides de haute énergie. Au lieu de suivre une distribution de probabilité standard en forme de cloche, les particules rapides dans ces environnements subissent des variations de mouvement rares et inhabituellement grandes, qui portent une information directe sur l'agencement subatomique du milieu.
Photo : MIT
Recréer l'univers primordial dans les accélérateurs
Le plasma quark-gluon n'a existé naturellement dans l'espace que pendant quelques microsecondes après le Big Bang, à des températures dépassant mille milliards de degrés. Aujourd'hui, les expérimentateurs recréent des gouttelettes de ce fluide d'environ la taille d'un noyau atomique dans des installations telles que le Relativistic Heavy Ion Collider du Brookhaven National Laboratory. En percutant des ions d'or à une vitesse proche de celle de la lumière, des instruments comme le détecteur STAR enregistrent les débris qui s'en échappent. La nouvelle formulation permet aux chercheurs de comparer les données de trajectoire des quarks lourds aux prédictions théoriques, établissant ainsi une méthode structurée pour déterminer les propriétés microscopiques de la matière lors des tout premiers instants de l'univers.
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Photo : MIT
